工業材料雜誌二月號推出「電化學儲能系統」與「高分子流變與精密加工應用」技術專題

 

刊登日期:2017/2/8
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電化學儲能系統 
節能減碳是近幾年全球關注的議題,發展再生能源以取代化石燃料已然成為世界各國努力的目標;台灣也正朝著2025年完成非核家園的目標前進,規劃裝置大量再生能源(太陽光電及風力發電)。由於大量電力饋入電網時,會造成局部電網電壓或頻率的變動,因此需要電網型儲能系統來讓電網出力平滑化,提高電力使用穩定度。

儲能系統主要以電化學儲能(電池與超級電容)、壓縮空氣、飛輪機械儲能、抽水儲能等為主。電化學儲能的種類繁多,包括鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池、鋰電池、超級電容等,成本是大量應用的主要關鍵點,其元件的性能(能量密度與壽命)則會影響全壽期的使用成本(初期建置、操作與維護成本),因此需要發展低成本、高能量、長壽命的電化學儲能電池與系統整合技術,以落實電化學儲電系統與元件的產業建立。

本期工業材料雜誌規劃「電化學儲能系統」技術專題,內容包括「再生能源用儲能系統趨勢」、「鈦酸鋰電池在儲能系統之應用」、「液流電池技術與儲能應用」、「超級電容器在儲能系統的應用」等文章,期望藉由新世代電化學儲能系統與元件技術研發,喚起大家對電化學儲能系統與元件的重視與投資,建構國內完整的電化學儲能系統上/中/下游產業鏈,促成儲能系統的新商機,並藉由電化學儲能系統來解決再生能源的不穩定性,讓台灣能夠實現非核家園的理想目標。
 
近年在各國政府的政策支援下,減碳風潮鼓勵範圍由單一儲能設備擴大到微電網環境之建構。然而,各國電網系統仍以傳統的集中式電源型態發展,使太陽能等再生能源的設置也因此受到相當的限制,在部份地區甚至因電網建設不足或老舊而產生發展瓶頸。「再生能源用儲能系統趨勢」一文介紹了儲能設備於再生能源中的角色及全球定置型儲能系統市場的規模,接著列舉各國近期儲能相關政策之方向,最後介紹TESLA等車廠帶頭推動太陽能、電動車、儲能之整合,運用商機與市場規則逐漸成形。然而,現今儲能設備仍有高價格門檻、制度限制及合適的商業模式等挑戰需克服,將考驗產業之技術及創新能力。
 
為減低對石化燃料的依賴,再生能源如風力、太陽光電等日漸成為世界各國發展的選項。而再生能源有不穩定、可靠度及品質較差等問題,需配合一儲電系統以改善上述缺點。鋰離子電池具有高能量密度、高功率密度、低自放電率等優點,這些特點使其適合作為儲能元件,其中鈦酸鋰電池更具有超長壽命之優勢,可提升系統可靠度及減低維護成本。「鈦酸鋰電池在儲能系統之應用」一文旨在探討鈦酸鋰電池於儲能之應用及技術現況,並針對工研院材化所鈦酸鋰電池技術累積的成果作一簡單介紹。
 
全釩液流電池由於低成本、長週期壽命、安全等因素,以及住友電工持續的發展,而逐漸在大型儲電上展露鋒芒。在台灣包含工業技術研究院、核能研究所以及台電綜合研究所等近年也投入相關的技術開發。目前台灣已有能力設計、建置10 kWh以上的VRFB儲電設施,陸續也有一些廠商開始投入這方面的研發。面對未來商業化的可能,液流電池的成本與經濟效益也開始做深入的討論與評估。「液流電池技術與儲能應用」一文即是針對液流電池的操作原理、歷史及應用作一概念式簡介。
 
超級電容器因其優異的高功率充放電特性、高能量利用效率以及使用壽命,廣泛應用於消費性電子產品、工業設備、交通運輸、智慧電網以及再生能源發電系統。「超級電容器在儲能系統的應用」一文整理了為提升電力利用率所建立的各種儲能系統技術,其中以電池儲能系統與超級電容器的使用最為普遍,並就超級電容器在各領域儲能系統在電動交通運輸上、工業設備上、綠能發電上的應用逐一介紹。
 
高分子流變與精密加工應用 
高分子薄膜產業發展快速,市場已深入各領域;從民生用品、食品包材、綠能產業、光電領域等,無一不見高分子薄膜之應用。近年來,台灣面臨紅海市場的挑戰,應對方法除開發新材料市場外,提升傳統材料之附加價值亦為方法之一;而掌握材料之各項特性,透過精密加工及製程調控,使原材料產生新的應用,即是提升產業升級的機會。

高分子流變對於新材料開發有著關鍵影響,了解其流變性質後可與合成微結構之設計及後端加工製程互相配合,例如:多層電池隔離膜於加工過程,需考量多層材料之流變性質以達最佳貼合特性;電容膜延伸過程需形成不同的晶形,使其表面具粗糙度,以利加工;流變方法亦可模擬不同的應用情境,以作為產品開發之依據;加工中的高分子之流變控制影響最後結晶性及透光度,因此原膜的製作會影響之後延伸膜的回火結晶操控;流變結合微結構解析可了解橡膠交聯過程之排列及流動性等。

工業材料雜誌二月號規劃「高分子流變與精密加工應用」技術專題,精彩內容包括「高分子材料流變基礎與應用」、「高值化延伸薄膜加工及材料應用」、「光學級PET薄膜市場與技術應用趨勢」、「感壓膠流變性質分析技術」等,以高分子流變基礎介紹為出發,介紹不同高分子流變應用檢測方式,列舉應用於不同產業面上,其應用範圍相當地多元。
 
高分子流變特性與原材料、加工製程及應用有其密不可分之關係。高分子材料在進行加工製程時,無論是薄膜押出、塗佈、淋膜、多層貼合、纖維紡織、器件射出成型及吹膜製程等,其製程條件皆會影響到材料之形變及流動特性,而流變特性對分子之排列及結晶微結構之影響將進一步造成最終產品之本質特性。「高分子材料流變基礎與應用」一文將針對高分子材料流變基本物理性質、穩態流變(毛細管流變儀)、動態流變(旋轉流變儀)、高分子熔融強度量測與應用進行整理,透過流變量測平台的建立,針對新型態工程級塑料如液晶高分子(LCP)及應用彈性體(TPEE、PLA、TPE)之應用評估,以及聚丙烯或其複合材料分散性進行加工適性評估。
 
高分子延伸薄膜產業發展快速,市場已遍布世界各地,因其機械性能、透明度、氣體阻隔性等特性優異且價格便宜,故在食品、民生化學品、生醫藥品及電子材料包裝等領域應用甚廣。然而,目前在全球高分子延伸薄膜市場裡,泰半的供給量都已轉移到中國,在量能競爭下利潤逐漸減少,對台灣而言,發展具有特殊功能性之高分子機能膜,以達到高值化的目標是正確的轉型方向。「高值化延伸薄膜加工及材料應用」一文介紹了高值化機能延伸薄膜,如聚丙烯電容膜、鋰電池隔離膜等材料的加工與應用。
 
PET原料成本低廉又具有高結晶熔點,輔以大面積商業化之精密雙軸延伸加工技術,可製成高機械強度、高透明、耐熱、耐化學與尺寸安定的高精度薄膜。基於高性價比優勢,過去不論從傳統包裝、各種工業膜到光電產業用光學膜都有廣泛應用。未來因應軟電等新興產業發展,高性價比之PET光電基膜需求將會持續成長,「光學級PET薄膜市場與技術應用趨勢」一文剖析了PET光學膜的市場應用趨勢,包含材料之耐熱性、大面積延伸技術之精密控制及新興應用之配合調控,都是未來PET光學膜發展之方向。
 
感壓膠(PSA)是黏性高分子材料的一種,用以提供黏著功能,廣泛地運用在我們的日常生活與工業用途中,例如常見的膠帶、標籤及貼紙等產品。感壓膠的黏著特性源自於自身的黏彈行為,「感壓膠流變性質分析技術」一文將介紹感壓膠應用特性與流變性質的關係,以及如何透過流變分析技術,評估及分類各種用途之感壓膠高分子材料。評估準則包含Dahlquist準則、Chu應用視窗、Chu準則、Carper膠帶分類視窗及Chang黏彈視窗等。
 
主題專欄 
材料與人們的日常生活息息相關,食、衣、住、行、育、樂皆與材料有高度關聯。科學家持續找尋、開發次世代的材料,希望賦予產品更佳的性能,提供人們更優質的生活環境。終端產品輕量化、薄型化、節能化及可回收等已成為現今材料的重要開發趨勢。前瞻、新穎、功能性的材料種類眾多,包含:液態金屬、量子點、超導材料、3D/4D列印材料、奈米材料、軟性材料、輕量化材料、複合材料、抗腐蝕材料等。「未來趨勢下十大潛力材料」一文參考國際研究機構報告以及團隊研究成果,針對在大環境變化下,挑選十項材料,分析其應用面與市場前景。
 
「電力電子」又稱功率電子,可調節電壓及頻率,或者改變電源供應類型。任何電子產品都需要穩定的電源供應,功率元件技術的進步,使電源供應這個看似傳統的產業卻又必須整合新材料、新應用與新設計,未來的產業發展再度受到重視。電力電子自1960年代發展至今已超過50年,因其屬於電源端的應用,除了與產品穩定度和可靠度有關,對耗電量更有直接影響,在節能減碳議題持續受關注之際,電力轉換效率也成為電力電子元件的核心價值。「全球功率元件市場回顧與展望」一文以深入淺出的介紹方式,從全球功率元件市場概況、市場回顧及未來展望等面向切入,文末並提出了值得持續觀察的三大發展趨勢,提供讀者參考。
 
近來隨著VR虛擬實境議題的發酵,更高解析度顯示器的需求又再次被提出與重視。「由VR虛擬實境顯示需求談高解析度AMOLED技術」一文試著從視覺與光學方面切入,解釋為何VR虛擬實境設備所定義出來的解析度最少需達2,000 ppi以上時,顯示器的顆粒才不會被人眼辨識出來,並進一步解釋說明顯示器解析度追求的極限會落在哪裡。了解顯示器的需求與光學極限後,接著分析現今製程技術所遭遇的瓶頸與可能採用的技術,並進一步列舉出未來可能取代現今製程方法的候選技術,以及這些技術如何突破現今製程的框架達到大於 2,000 ppi解析度。最後,提出一種具有原創性的技術來實現光學解析度極限的發光元件,希望能拋磚引玉激發出更多的創意。
 
物聯網,是以各種資訊感測器(Sensors)將物理世界的狀態,即時感知並傳輸至網際網路,以智慧化識別、定位、跟蹤、監控和管理,拜成熟網路與感測器技術所賜,物聯網近數年之發展日新月異,將成為未來社會之重要架構。「燃料電池於物聯網之應用」一文將針對物聯網之定義、各階層分類及其未來市場發展進行說明,並進一步詳細探討影響物聯網普及化之關鍵-電力供應的問題。
 
木質纖維素是自然界中儲量最豐富的生質材料,含有大量的纖維素、木質素、半纖維素等成分,可增強材料物性或取代石化原料,在石油價格與供應量的波動與不確定下,可望以來源豐富穩定、環境友善、減少碳足跡等優勢成為未來的工業關鍵原料。「木質纖維素材料發展近況」一文整理纖維素、木質素、半纖維素的發展近況,其中以奈米纖維素、木質素基高分子及碳材最受矚目,是各國投入開發生質材料的重點項目。
 
新創創夢為當前熱門話題,工研院材料與化工研究所專業育成室日前特別舉辦一場創新創業研討會,邀請到中華民國創業投資商業同業公會秘書長蘇拾忠先生,以「從創投角度看新創事業成功要素」為題,從資金提供者的角度,說明如何評估新創事業的投資考量,以及分享如何提高新創事業成功的關鍵要領。「提高新創事業成功的新契機」一文為本刊扼要綜整當日的研討會內容,期望藉此協助高科技研發者的新創提案能獲得更好的機會與支援。
 
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