World Smart Energy Week 2017日本現場報導系列一

刊登日期:2017/3/2
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呂學隆、游勝閔、曾寶貞
 
全球最具規模的Smart Energy Week 2017綜合展於3月1日在50位產官學研領袖共同剪綵下,於東京Big Sight國際展覽會場隆重登場(圖一~二)。這場由日本最大專業辦展單位Reed Exhibitions Co., Ltd.所精心籌劃推出的能源盛會,匯聚了創能、省能、蓄能技術於一堂,共有來自全球31個國家的1,540家廠商參展,預計將吸引7萬名業內人士在此展會平台洽商、交流,創造1,680億日圓的商機。
 
Reed集團社長,也是日本展覽協會理事長的石積忠夫先生在開幕剪綵時表示,Smart Energy Week肇始於13年前的氫/燃料電池展,之後逐漸擴大展會規模,增加展會內容,目前除了太陽能、氫能、風能、生質能等再生能源相關主題之外,能源利用的儲能系統、維修系統、發電系統等相關議題亦為展會重點。此外,今年更新增「次世代火力發電EXPO」,將展覽內容推向低碳社會的高效率產品技術,由能源相關九大展會構築而成的Smart Energy Week 2017,已名實相符地成為世界最大級的能源大展。一早湧向會場的人潮,見證此項大展的魅力與重要性(圖三)。
 
材料世界網/工業材料雜誌協同工研院內的市場與技術專家,將從今日起一連三天,在東京現場為國內讀者提供第一手的現場報導。關心能源最新發展與趨勢的朋友,歡迎參閱材料世界網(http://www.materialsnet.com.tw)特別企畫製作的系列報導。
 
圖一、Smart Energy Week 2017在包含多國大使在內的50位產官學研領袖共同剪綵下,揭開序幕
圖一、Smart Energy Week 2017在包含多國大使在內的50位產官學研領袖共同剪綵下,揭開序幕
 
圖二、Reed集團石積忠夫社長歡迎大家參與2017年的Smart Energy Week大展
圖二、Reed集團石積忠夫社長歡迎大家參與2017年的Smart Energy Week大展
 
  圖三、Smart Energy Week 2017現場實況
圖三、Smart Energy Week 2017現場實況
 
國內電池業界在台灣電池協會(TBA)號召下,計有昇陽國際、菲凡能源、中鋼碳素、有量、美律等十六家公司赴日參展。在展會開幕前一天(2/28),台灣電池協會理事長李桐進帶領國內電池業界與日方舉行了台日先進電池技術交流會,國內廠商在會中介紹了各自的技術能量,期藉此雙方技術交流,共創商機。
 
昇陽國際積極參展 開拓市場續創佳績
國內專精於磷酸鋰鐵電芯研發及製造的昇陽國際公司今年在總經理吳伯志親自領軍下,第八度參加Battery Japan展會。昇陽公司從2006年起即專精致力於40138磷酸鋰鐵電芯的研發及製造,目前已成功將電芯容量由9安時(Ah)提高至18安時(Ah),能量密度可媲美鋰錳電芯的150Wh/Kg,安全性能優於鋰錳電池,壽命更為其四至五倍以上,未來將在電動車市場嶄露頭角。2017年除已成功進入日本宅配電動車市場的40155磷酸鋰鐵電池外,儲能電池組亦為今年相當看好的主要產品。
 
吳伯志表示,昇陽長期耕耘日本儲能市場,從早期的專案開發大型儲能標案開始,逐步建立日本客戶對昇陽系統開發能力以及鋰鐵電芯穩定品質的信心。兩年前,透過與大型商社的合作,取得持續穩定的訂單,完善的電池組量產品質掌控,也讓終端客戶印象深刻。今年起客戶訴求產品方向已經轉為技術含量更高的高壓串並聯電池組的應用,吳伯志對未來的市場相當看好。
 
昇陽對於日本儲能市場的發展吻合公司對於鋰鐵電池組開發的產品策略,經過兩年多東北地區儲能專案的運作實績,以及市場需求的成熟,以48V電池組串並聯組成的高壓儲能櫃已經取得初步的量產規格研討。在不久的將來即可成為下一個日本市場的主力產品之一 (圖四) 。
 
圖四、昇陽旗艦產品48V機架式儲能櫃電池組
圖四、昇陽旗艦產品48V機架式儲能櫃電池組
 
除了高壓大容量的儲能系統外,家用及商務使用之小型儲能應用亦受到相當熱烈的關注。該備援電力系統搭配各家UPS主機,可隨備援電力任務需要更換不同容量之電池組,達到最佳化的配置。現場展示了一組無塵室等級的緊急備援電力系統即吸引不少參觀者駐足洽問 (圖五) 。
 
圖五、昇陽公司在現場展示之搭配UPS主機的備援電力系統
圖五、昇陽公司在現場展示之搭配UPS主機的備援電力系統
 
Battery Japan展示各項材料新技術
今年Battery Japan的展場規劃首次與太陽光電展設在同一展區,也因此在看展人數與性質上較過去幾年大為不同,除了吸引更多參觀者進入會場參觀外,多數廠商也反應此種與太陽光電整合的展場規劃,方便更多針對定置型儲能、能源管理、再生能源、系統整合供應廠商等的參觀,也十分符合目前全球電池產業進一步朝向再生能源等新興應用市場擴大發展的趨勢。
 
當然在深入討論本屆展會的各項電池技術時,電池材料產品與技術的變化為必要的討論標的。目前全球儲能裝置當中,鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池與超級電容器等技術均有不同的發展風貌,在本屆展會中也有不同廠商參與展會並展出相關材料產品。其中,鉛酸電池晚近開始討論添加碳材料技術以增加壽命與充放電效率的做法,在本次展會上即有相關的活性碳材料廠商強調同時布局鉛酸電池與電雙層電容器(EDLC)之技術。鋰離子電池運用於可攜式電子產品市場,雖然有出貨數量因終端產品銷售下滑而趨於成熟,甚至逐年減少之情況,但其追求產品高續航力、使用便利性與安全性衍生出之提升電池能量密度技術需求、快速充電能力與安全性提升等,都影響相關的電池材料技術仍然保持技術提升的走向。晚近因歐美與中國大陸大舉投入電動車用動力電池市場,同樣需要在電池能量密度、電池成本與安全性上持續改良,持續刺激電池生產廠商與材料廠商的技術研發進展。
 
在鋰電池正極材料技術上,參展廠商著重於動力電池相關解決方案的呈現。如韓國正極材料廠商ECOPRO因應最近動力電池朝向高鎳含量、高電容量等需求,分別推出不同規格之粒徑、克電容量之鋰鎳鈷鋁正極材料(NCA)產品:NCA021系列之鎳金屬比例為80%,D50之顆粒粒徑為6.8μm,克電容量約為195mAh/g;另有較大粒徑(D50=11.2μm)與提高克電容量至202mAh/g之NCA024產品。目前新一代的NCA產品更將鎳金屬比例拉高至85%,克電容量可達201mAh/g。另外,該公司也持續展出其Core Shell Gradient正極材料技術 (圖六) 。
 
圖六、韓國ECOPRO展出之NCA正極材料不同規格設計
圖六、韓國ECOPRO展出之NCA正極材料不同規格設計
 
同樣因近來動力電池需求急增而衍生供需失衡與價格波動之鋰礦原材料,本次也有FMC Lithium、四川天齊等公司參展。FMC Lithium在會場上展出其”Stabilized Lithium Metal Powder (SLMP)”,可用於電池負極極板上塗佈,或是做為負極極板混漿時的添加劑,可在使用相同的電池材料體系下,進一步將電池能量密度增加10~50%,且此種產品也可以讓如鋰硫電池等技術在使用鋰金屬負極開發時,能夠有另外一種不同於過往導入鋰金屬箔的設計與開發方向。
 
在負極材料部分則有台灣中鋼碳素、福建翔豐華與深圳斯諾等參展。中鋼碳素化學原先即在中間相碳微球技術聞名於業界,晚近也擴大推出不同粒徑的產品提高潛在客戶的選用便利性;另外該公司也開始展出活性碳產品資訊與投入鉛酸電池相關碳材料技術之開發。福建翔豐華則在本次首度參展下,展出中國大陸首家廠商開發成功之均質性Isotropic微晶型石墨;深圳斯諾則是以人造石墨產品與複合石墨材料展出 (圖七) 。
 
圖七、負極材料廠商深圳斯諾首次參展之新品規格
圖七、負極材料廠商深圳斯諾首次參展之新品規格
 
在電解質材料部份則有森田化工、三菱瓦斯化學等參展,其中三菱瓦斯化學展出LiBH4系列之錯體氫化物固態電解質,如產業界熟知之LiBH4-P2S5、LiBH4-LiI、LiBH4-LiNH2(標榜可直接以溶液處理塗佈,在加工性能上能有較佳的表現);LiBH4-P2I4(較佳之導電度與循環壽命),對於投入固態電解質或固態電池之廠商來說,成為值得進一步討論技術突破可能性的解決方案 (圖八) 。
 
圖八、三菱瓦斯化學展出之固態電解質技術體系與相關優點比較
圖八、三菱瓦斯化學展出之固態電解質技術體系與相關優點比較
 
中國大陸隔離膜生產廠商滄洲明珠,晚近崛起速度可說十分快速,該公司自2012年開始規畫投入鋰電池用隔離膜後,在2015年即進入比亞迪動力電池供應鏈,也因2013年後的中國大陸新能源汽車崛起趨勢影響,業務與技術發展速度加快,目前已從過往的乾法/PP單層隔離膜進一步投入可進一步降低隔離膜厚度且維持一定強度之濕法/PE產品技術,以及投入陶瓷塗佈隔離膜業務。該公司在本次展會中首次提出新開發之PVDF塗佈隔離膜產品,具備較陶瓷塗佈隔離膜更好的捲繞加工製程對應能力,且PVDF可進一步與電池中電解質結合為穩定的凝膠態導電聚合物,在提升電池循環壽命、減少電池膨脹率上有明顯的改進 (圖九) 。
 
圖九、滄洲明珠新展出之隔離膜塗佈系列產品
圖九、滄洲明珠新展出之隔離膜塗佈系列產品
 
在其他材料展出產品上,因晚近對於動力電池需求的高倍率充放電、快充能力等需求趨勢十分明顯,在正極導電材料上也有眾多廠商聚焦,包括CABOT、台灣廠商識驊科技等均參與本次展會。CABOT聚焦於碳黑產品技術,標榜在搭配NCM三元正極材料時,除了在導電性提升的相關優勢外,也標榜可降低導電劑用量(約1~1.5wt%)來提高活性物質含量,以產出更多電池能量密度,且可減少溶劑(尤其是油性與對環境影響較大之NMP)之使用,讓固含量提高來加快電極塗佈速度。鴻海集團旗下之識驊科技則以奈米碳管技術切入正極導電劑市場,相較於其他正極導電劑的產品技術有更好的導電性能與高倍率充放電表現 (圖十) 。
 
圖十、CABOT展出之炭黑材料與其他同類型技術比較
圖十、CABOT展出之炭黑材料與其他同類型技術比較
 
黏結劑為攸關極板品質之電池材料,加上最近需求快速高倍率充放電等需求,對於正負極材料的需求變化等相當快速,如採用矽負極時的黏結劑技術就與過去應用於炭材料之技術有極大差異。ZEON公司在其技術資料中呈現一系列將矽負極添加比例提高至10%之可能方案,標榜現有產品已可將極板充放電脹縮比降低至6%左右 (圖十一) 。
 
圖十一、ZEON提出之現有導入矽負極之黏結劑解決方案
圖十一、ZEON提出之現有導入矽負極之黏結劑解決方案
 
吳羽化學(KUREHA)則在本次展場上首次提出其鋰高分子電池應用之凝膠態電解質,以及可以水性溶劑作分散加工之PVDF材料,應用於鋰電池之隔離膜塗佈技術之上,另外也針對高鎳正極材料開發新一代正極用黏結劑 (圖十二)。
 
圖十二、吳羽化學展出之凝膠態電解質與隔離膜塗佈用PVDF材料
、吳羽化學展出之凝膠態電解質與隔離膜塗佈用PVDF材料
 
PV EXPO 大廠雲集競秀 創能節能各顯神通
在今年的PV EXPO展會現場可以看到各國際大廠爭相競秀的盛況;SHARP、PANASONIC、Hanwha Q-CELLs等公司均推出龐大的展示規模,其中最熱門的產品除了高效率太陽能電池模組外,以”零耗能屋” (Zero-Energy House, ZEH)為目標之智慧核心”住宅能源管理系統”(Home Energy Management System, HEMS)在各大廠爭相推出下,呈現白熱化競爭狀態。
 
SHARP今年主要展出以”BLACKSOLAR”系列整合之ZEH,如圖十三,其模組效率可達到19.6%,模組均備有邊緣段差設計,可以避免積雪問題。SHARP今年另外在HEMS推出雲端服務,如圖十四,以智慧系統與氣象中心連結,可以透過預報之氣象型態做出耗能/儲能系統之調整。在一般天候,如高溫炎熱情形時,會自動關閉智慧窗簾系統,降低屋內溫度;空氣品質不良時,則控制開啟空氣清淨機;若是在極端氣候,例如預報會有颱風襲擊之情況下,系統則開始提前節約耗能,將照明、電視、空調、冰箱等非必須電器進入低耗能運作狀態,進而增加蓄電池系統的儲電量,將儲電量維持在高百分比狀態,因此後續也能因應颱風可能造成的停電狀態。其電力可以維持一週以上,除了太陽能電池之外,所有可以連動之智慧電器也都是SHARP自產,目標在於整合自家所有產品技術,放眼未來之零耗能屋市場。而最關鍵的HEMS系統與蓄電池則能提供15年之保固,與太陽能發電模組有相應的壽命。
 
目前在台灣的太陽能電池安裝率雖然還不高,但隨著政府支持綠能產業之發展,加上南臺灣具有充足日照之優勢,未來除了太陽能發電站之外,相信會有更多太陽能發電宅之需求,而學習SHARP等國際大廠提供的概念,若可針對國內使用習性設計符合國人之智慧太陽能發電系統,將更能增加國人對太陽能發電宅之期待。
 
圖十三、SHARP住宅用BLACKSOLAR模組
圖十三、SHARP住宅用BLACKSOLAR模組
 
圖十四、SHARP之雲端住宅能源管理系統
圖十四、SHARP之雲端住宅能源管理系統
 
除了傳統發電系統,SHARP也推出新應用如圖十五,其設計是鎖定歐洲市場,由於歐洲非常風行戶外咖啡亭,此產品可以透過太陽能發電之座椅與招牌,提供顧客在享用咖啡時還能順便將手機充電,在太陽能電池成本越來越低之際,未來將會有更多創新產品走入生活之中。
 
圖十五、SHARP之節能商店用太陽能發電招牌、座椅
圖十五、SHARP之節能商店用太陽能發電招牌、座椅
 
PANASONIC在住宅用方面則推出HIT結構太陽能電池HIT P252α模組,並可使用PS工法(Push & Slide)施工,以降低安裝成本,其模組效率同樣可達到19.6%,如圖十六所示。HIT結構太陽能電池相較於一般結晶矽太陽能電池,由於金屬電極與矽晶片之間還有透明導電薄膜,因此比較不會有PID (Potential Induced Degradation),此外,並具有較小的溫度係數,隨操作溫度上升,其效率下降量較小,因此全天發電量具有優勢。由於此特點,HIT目前已成功使用在豐田全新Prius PHV汽車之上,如圖十七,因為車頂溫度時常很高,HIT相較於其他電池技術能產出更多電,並且由於使用薄晶片,因此可以符合車頂的曲線。現場實際觀察是完全埋入車頂,具有不錯的質感。此模組系統最大發電量可達180W,若是純透過太陽光電產生的電力行駛,每日最高可以多增加6.1公里之行駛里程,雖然不能做為主要運作電源,但是仍不失為節能之一環。
 
圖十六、PANASONIC HIT結構太陽能電池HIT P252α模組
圖十六、PANASONIC HIT結構太陽能電池HIT P252α模組
 
圖十七、PANASONIC HIT模組應用在豐田之Prius PHV車頂
圖十七、PANASONIC HIT模組應用在豐田之Prius PHV車頂
 
2017年Smart Energy Week此刻正於東京Big Sight熱鬧開展中,更多展會相關內容將在明天的系列報導二中做更詳盡的介紹,敬請持續鎖定。---以上是材料世界網/工業材料雜誌呂學隆、游勝閔、曾寶貞在東京Smart Energy Week 2017展會現場所做的Live 報導。

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