Smart Energy Week 2018 日本現場報導系列三

 

刊登日期:2018/3/5
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呂學隆、林幸慧、孫文檠、蔡麗端、曾寶貞 寄自東京
 
Battery Japan已成為展示新技術/新資訊最佳舞台
在日本電池展現場可看到許多新技術與新資訊,保持多樣化的特色。在眾多具備儲能作用的技術當中,除了晚近成為市場成長主要焦點的鋰離子電池之外,包括鉛酸電池、不可充電的眾多一次電池、超級電容器(EDLC)等,也都藉此展覽會,作為年度首要發布展示產品的重要舞台。
 
在鉛酸電池生產廠商當中,本次有古河電池(Furukawa Battery)、美商Fullriver與Sunlight等公司參展,其中古河電池因展出新一代鉛碳電池系列產品而受到高度關注。該公司本來就是日本老字號的鉛酸電池生產業者,本次發布的新產品主要為其新一代Ultrabattery技術,此種電池一般在技術上屬於鉛酸電池的系統,又被稱為鉛碳電池,標榜可達成充電1C、放電1.5C的性能,較鉛酸電池性能優異,在0.23C放電下,循環6,000次後仍可保持70%之原有電容量,針對需要較高輸出性能的產品,也可達成在1C放電條件下,循環4,000次後仍可保持70%之電容量(圖一)。 
 
圖一、古河電池在會場針對新技術之發表,吸引滿滿參觀者駐足
圖一、古河電池在會場針對新技術之發表,吸引滿滿參觀者駐足
 
作為日本發展歷史悠久的工業用電池廠商,古河電池也展出其一系列的工業用電池、鐵道運輸工具用與太空用途相關電池技術,包括電力儲存、電動叉車、AGV、風力與太陽光再生能源發電用之技術。該公司人員也提到,此種電池的極板製程可與電容器的製程完全整合,且此種規格所能提供的價格,在納入循環次數考量時,已與鋰離子電池相去不遠。此種鉛碳電池可說已成為近年全球鉛酸電池技術當中的下一代開發主題(圖二)。另外,該公司也展出應用於緊急備用電力和電動車用之鎂空氣電池,以及鐵路運輸、人造衛星等電池技術。
   圖二、古河電池展出之Ultrabattery鉛碳電池
圖二、古河電池展出之Ultrabattery鉛碳電池
 
一次電池因其便利性與技術特性,目前仍在部分應用市場保持一定的市場規模。其中,在鋰一次電池或水銀電池部分,本次展會也有中國大陸業者億緯鋰能與日商FDK、EEMB等公司展出。億緯鋰能本次除展出固有的電子菸、智慧型手錶與行動電源之軟包裝、圓柱形鋰一次電池系列外,也將其應用於中國大陸新能源汽車之三元正極材料圓筒型18650規格電池與方形動力電池置於展場吸引討論。FDK在本年度展出的電池技術主要分為鎳氫電池、鋰一次電池與全固體電池系統。大容量鎳氫電池系統標榜電池容量與壽命較一般鎳氫電池更高,可應用於要求高度安全性與環境親和性的應用場域。至於在全固體電池部分,除了展出現有開發的概念樣品外,也正式在展會上針對去年首次發表之Li2CoP2O7之全固體電池專用正極材料,展出最新的電池試製進展(圖三)。以此種正極材料生產出之全固體薄型電池來說,厚度僅0.4mm,壽命最長可達5年,且經過多年發展也具備可彎折之特性。至於FDK的一次電池設計則大多以鈕扣型電池、薄型電池為主。
 
圖三、FDK於會場展示該公司最新Li2CoP2O7全固體電池技術概念與現場測試
圖三、FDK於會場展示該公司最新Li2CoP2O7全固體電池技術概念與現場測試
 
從超級電容器EDLC參展廠商來觀察,幾乎主要的市場領導廠商均參與了本次展會。Nippon Chemi-con DLCAP是日本國內首先投入HEV用剎車減速再生系統的廠商,現供應Honda、Mazda等,未來主要考量爭取歐美車廠的合作。本次在現場展出該公司的新一代產品,較原有之DLCAP DXE系列內阻降至0.3mΩ,3,000F;Maxwell在EDLC市場出貨仍保持成長與技術領先,近年聚焦於中國大陸的瞬間補償裝置與風力發電應用,另與PSA Peugeot Citroen合作供應ISSV裝置,供應給中國大陸金龍、五洲龍,以及民航機、電動工具、智慧電表、UPS、電車、AGV等市場。其他參與廠商尚有CONNEXX、德商SKELE+ON等(圖四)。
 
圖四、Nippon Chemi-con 新一代DLCAP超級電容器產品
圖四、Nippon Chemi-con 新一代DLCAP超級電容器產品
 
電池管理系統展區 新產品亮眼
影響電池安全性與壽命的重要環節為電池管理系統,因此Battery Japan特別設置電池管理系統展區。電池管理系統包含監控每顆電池芯的電壓、溫度、SOC等數據,當多顆電池串聯時,性能較差的電池會較快達到放電截止電壓或較易達到充電截止電壓,長久使用下會發生不可逆的極化反應,導致電池芯壽命快速終結,因此電池管理系統也包含平衡系統,用以平衡多節電池的電壓不均衡,提高電池的使用壽命。其中一個影響電池管理系統的關鍵零組件為電流與電壓感測器,德國Isabellenhutte今年展出的電流與電壓感測器IVT-S,測量電壓與電流範圍分別為1,200 V與2,500 A,而且測量精度已可達千分之一,可望應用在動力電池、UPS、ESS等產品上(圖五)。
 
圖五、Isabellenhutte展出的電流與電壓感測器IVT-S
圖五、Isabellenhutte展出的電流與電壓感測器IVT-S
 
典型的鋰離子電池保護電路包含由電量監控晶片(Gas Gauge IC)、保護IC與金屬氧化物半導體場效電晶體組成的一級保護元件與二級保護元件,二級保護元件則包含正係數溫度元件、微型斷路器、保險絲、Self Control Protector(SCP)等。微型斷路器具備過電流與過熱保護功能,而且其電流額定值高於正係數溫度元件,因此可應用於大容量的筆電或平版電腦。Bourns為微型斷路器主要供應商之一,日本富士經濟估計,Bourns在2017年應用於鋰電池的微型斷路器之市占率超過50%。Bourns過往只推出應用於電池的產品,今年特別展出可應用於USB Type C的P-TCO-U450/12(圖六)。除此之外,Bourns整體研發重點為開發小尺寸、高電流與表面貼裝的微型斷路器,圖中最右側的微型斷路器為今年新產品,可明顯發現其尺寸小於過往產品(圖七)。
 
圖六、Bourns展出可應用於USB Type C的P-TCO-U450/12
圖六、Bourns展出可應用於USB Type C的P-TCO-U450/12
 
圖七、Bourns展出的微型斷路器,最右側為目前最新產品
圖七、Bourns展出的微型斷路器,最右側為目前最新產品
 
SCP為保險絲結合加熱電阻(Heater),保險絲可串聯在主線路中,Heater則連接FET,當有過電流或過熱情況發生時,保險絲會因受熱而熔斷,切斷電流迴路;當電路過壓時,保護IC會打開FET,使得電流通過Heater,當Heater加熱至一定溫度時,保險絲也會受熱而熔斷。SCP能提供過電流、過熱與過壓等較全面的保護(圖八)。因此,不同於正係數溫度元件與微型斷路器,只應用於筆電、手機等3C產品,SCP可應用於充電式電動工具與其他大於30A的高電流產品。應用於鋰電池之SCP製造商包含Dexerials、NEC SCHOTT與Uchihashi等廠商,而參展的廠商為市占率超過五成的Dexerials,該公司特別展出產品的設計規劃,朝向因應各應用市場之小尺寸與大電流設計,目前應用市場已包含手機、平板、筆電、掃地機器人、無人機、電動自行車、電動車等,未來預計開發應用在電動自行車的高電流產品SFK-60A(圖九)。
 
圖八、Dexerials展出SCP在過充電(過電壓)與過電流時的保護機制
圖八、Dexerials展出SCP在過充電(過電壓)與過電流時的保護機制
 
圖九、Dexerials展出產品設計藍圖
圖九、Dexerials展出產品設計藍圖
 
至於保險絲的部分,日本大東展示的新產品為與車廠配合開發的保險絲,雖然過往也有開發高電壓1000 V的產品,但電流只有16 A,目前最新產品的電流已可達800 A,規格明顯優於過往產品(圖十)。
 
圖十、日本大東展示的新產品VAP
圖十、日本大東展示的新產品VAP
 
PV EXPO現場多家展示多柵極模組技術
英利公司在今年的展會上發表高效能多柵極模組元件。多柵極作為一種新興的高效太陽能元件技術,能在大幅降低電池片生產過程中銀漿耗量的同時,提升5-7W的功率增益,可謂一舉兩得。除此之外,相較於其他高效電池技術,多柵極技術不改變電池內部結構,性能穩定,更易實現量產。據瞭解,英利新一代YGE多晶12柵極元件結合了黑面矽晶電池技術,並採用了更高透光的超白鋼化玻璃,可保證更多有效光線射入電池,降低光能量浪費。該款產品60片模組功率達270-290W,目前已實現量產,年產能270MW(圖十一)。
 
圖十一、英利展出高效能12柵極YGE系列模組
圖十一、英利展出高效能12柵極YGE系列模組
 
除英利公司之外,今年展場內也有多家製造商推出高效能多柵極模組產品,包含Jinko的Eagle系列及韓華Q cells的Q.PEAK系列模組有6條柵極技術,而Talesun公司的MIPRO系列及航天機電公司的HIGHWAY系列模組使用12條柵極。這幾家廠商皆在現場指導說明,主要介紹多柵極產品擁有的兩大效能:(1)光學增益,常規元件扁平焊帶區域會對電池造成入射光遮擋,將更多的光反射到空氣中,而多柵極使用的圓形焊帶可減少遮光面積,將光照有效反射到電池表面,進而提高元件短路電流,其中焊帶區域光學利用率可由5%以下提高到40%以上;(2)電學增益,柵極線寬度更細、間距更窄,可縮短傳輸距離、降低電阻損耗,降低電站系統發熱所帶來的風險。光學增益和電學增益最終帶來的是功率的增益,這也意味著更低的LCOE和更高的收益率。除此以外,多主柵產品具有更高的可靠性,對隱裂、斷柵的容忍度更高,並且組件整體幾乎無反射,外形更加美觀。目前多主柵產品仍只佔據小部分的市場率,但未來將可望成為主流技術(圖十二~十三)。
 
圖十二、(a)Jinko;(b)Qcells 展示之高效能6柵極系列模組
圖十二、(a)Jinko;(b)Qcells 展示之高效能6柵極系列模組
 
圖十三、(a) Talesun;(b)航天機電 展示之高效能12柵極系列模組
圖十三、(a) Talesun;(b)航天機電 展示之高效能12柵極系列模組
 
半切電池模組已成為市場主流
由於矽晶片切割技術的提升,使得今年在PV EXPO的展場內,幾乎所有的廠商都推出自家的高效能半切模組產品。半切電池技術主要是將電池切割成一半的單元尺寸,發電時每片電池可減少一半的電流值,換算可降低四分之一的內部電池功率損耗。另外,有些業者使用光重定向膜,更進一步使每一個模組增加了約10W的發電量。另一方面,半切電池模組在戶外使用時,陰影造成功率損失的模組將可大大降低。展場中以天合光能最新的高效能SPLITMAX系列半切電池模組最受到矚目。國內參展廠商元晶、同昱及長生能源等公司也有展出半切電池模組(圖十四)。
   
圖十四、天合光能展示最新的高效能半切電池模組
圖十四、天合光能展示最新的高效能半切電池模組
 
圖十五、(a)元晶;(b)同昱;(c)長生能源展示之高效能半切電池模組
圖十五、(a)元晶;(b)同昱;(c)長生能源展示之高效能半切電池模組
 
其他結構高效能模組
中來公司是全球N型產品的最大生產商,N型電池年產出2.4GW,N型模組年產出1.3GW。該公司在現場展示他們的電池及模組產品,電池包含nPERT(5BB)、nPERT(multi-BB)、nPERT TOPcon(5BB)、23%的IBC等。模組則展示無邊框及局部邊框的雙玻電池模組,60片及72片電池模組分別達330W及390W (圖十六)。
 
圖十六、中來公司現場展示之高效能IBC模組
圖十六、中來公司現場展示之高效能IBC模組
 
Jinergy今年展示矽薄膜與矽晶片結合的超高效能HJT模組。JNHM系列模組,60片即可達360W的發電量(圖十七)。
 
圖十七、Jinergy現場展示高效能HJT模組
圖十七、Jinergy現場展示高效能HJT模組
 
Phono Solar公司則展示nano-texturing技術及MWT、MWT+PERC模組。MWT除了具有高效能外,還兼具美觀,是展場中的一大亮點(圖十八)。
 
圖十八、Phono Solar現場展示高效能點狀電極的MWT模組
圖十八、Phono Solar現場展示高效能點狀電極的MWT模組
 
台灣燃料電池夥伴聯盟 前進日本氫能燃料電池展
Smart Energy Week大展中歷史最悠久的氫能燃料電池展(FC EXPO),匯聚氫能、燃料電池相關研究、製造所需所有材料、組件、技術、設備及系統於一堂,今年吸引了250家廠商參展。國內台灣燃料電池夥伴聯盟今年也在北科大校長王錫福、夥伴聯盟召集人左峻德及美國艾克朗大學教授莊顯成等率團下,攜手工研院、中油、興陽、錫力、中興電工、漢鐘精機等產學研專家,第八度參加日本氫能燃料電池展。另外,國內共有六家廠商參展,除了亞太燃料電池單獨設攤外,順德、群翌、九豪、揚志、臺禹等並在台灣燃料電池夥伴聯盟號召下共同設立台灣館,向國際展示氫燃料電池技術之研發能量及成果。
 
圖十九、國內多家廠商在台灣燃料電池夥伴聯盟號召下赴日參展
圖十九、國內多家廠商在台灣燃料電池夥伴聯盟號召下赴日參展
 
亞太燃料電池公司主要展出之產品為以2.4kW之燃料電池堆為核心技術之產品應用,如燃料電池堆高機、燃料電池備用電力、燃料電池移動型發電機及燃料電池機車。另外今年也展示了低壓金屬儲氫罐(加氫壓力10公斤)及儲氫罐交換技術,希望透過儲氫罐交換站之建置,與國際公司合作燃料電池機車平台,以推動燃料電池機車之產業化。
 
圖廿、亞太燃料電池展示之2.4KW燃料電池堆
圖廿、亞太燃料電池展示之2.4KW燃料電池堆
 
順德工業為半導體導線架、LED導線架、五金文具用品、各式沖壓模之國際廠商。今年於東京燃料電池展中主要展示燃料電池金屬雙極板及水冷式金屬電堆,其金屬電堆產品性能為先前設計之兩倍以上,性能可達1.5KW的功率。今年順德亦展出與PowerCell合作之燃料電池系統原型機,未來優化後將可望應用
於行動載具,如摩托車、小型堆高機、Golf car...等產品上。未來,順德預計推出10~30KW等級金屬板電堆,拓展移動式載具的應用領域。
 
圖廿一、順德工業展示之金屬Separator
圖廿一、順德工業展示之金屬Separator
 
群翌能源為台灣第一家專業供應燃料電池相關材料、測試設備及系統零組件之供應商。今年主要展品為與日本ACE公司共同合展之150kW電堆測漏儀器,另亦同時展出燃料電池整廠自動化設備之能力,涵蓋材料生產、電池堆組立及性能測試,未來將整合日本設備設計能力及台灣精密製造能力,以對應目前中國日益升溫的燃料市場需求。
 
九豪精密為專業陶瓷基板生產之廠商,藉著自身在陶瓷基板生產技術的優勢,為台灣第一家投入高溫型燃料電池(Solid State Fuel Cell,SOFC)電池片、電池堆生產之廠商。今年主要展出產品包括SOFC陽極基板、半電池、全電池及300W之電池堆。除此之外,亦展出新型陶瓷基板,如透光氧化鋁基板、高強度之ZTA(鋯韌化氧化鋁)基板,充分展現九豪在陶瓷基板製造上的實力。
 
圖廿二、九豪精密之各項展示品
圖廿二、九豪精密之各項展示品
 
揚志為台灣目前唯一一家生產質子交換膜燃料電池膜電極組(MEA)之廠商。膜電極組係為燃料電池最核心的零組件,今年主要展品為三層式膜電極組、五層式膜電極組以及氣體擴散電極。揚志今年並展出水電解用膜電極組(WEMEA),以因應電解產氫之需求。
 
臺禹科機為生產半導體相關設備–廢氣處理設備及電漿蝕刻機等之廠商。近年因國際氫能與燃料電池之興起商機,需求零碳排潔淨氫氣,因而投入氨重組器產氫之技術開發,現階段之氨氣產氫重組器功率可從5KW至10KW以上,而隨著工廠端客戶功率需求提升,未來也將開發製造20KW、50KW之產品。
 
台灣電池協會 肯定參展效益
在國貿局、外貿協會、能源局等單位的經費支持下,台灣電池協會(TBA)今年帶領國內十餘家主要電池廠赴日參展。TBA理事長李桐進博士全程坐鎮現場,並應邀在”台灣新能源產業Seminar”上發表”台灣新能源的發展與商機”專題演講,現場氣氛十分熱烈。李桐進表示,這是一次非常成功的拓展商機活動,透過Battery Japan這個國際性舞台,讓全世界看見台灣在電池上中下游的產業能量。Battery Japan是世界級的重要展會,TBA明年仍將持續號召更多國內廠商參展(圖廿三)。
 
圖廿三、台灣電池協會今年在展場首闢洽談區,提供參展商更佳洽談空間,使用率奇高,始終訪客滿座
圖廿三、台灣電池協會今年在展場首闢洽談區,提供參展商更佳洽談空間,使用率奇高,始終訪客滿座
 
對於台灣電池產業的未來,李桐進建議政府應該更明確而快速的推動機車電動化,除可符合環保趨勢、解決碳排放問題外,也是建立台灣電池自主產業的最佳途徑。昇陽電池薛清水副總經理表示,放眼全球,綠能產業都是屬於國家保護型的市場,政府的補助與政策扶持是綠能產業永續發展的關鍵,而更明確、快速的決策是電池業界的共同心聲。李桐進進一步指出,台灣在邁向非核家園的路上務必要加速儲能站的興建,透過儲能系統的建立,即可解決台灣廢核後能源替代的問題。台灣擁有優秀的電池技術人才,相對豐富的生產經驗,若能加上政府明快的決策,台灣電池產業將大有可為(圖廿四)。
 
圖廿四、台灣電池協會李桐進理事長(左);昇陽電池薛清水副總經理(右)一致肯定參展效益,認為Battery Japan是開拓國際市場的最佳平台
圖廿四、台灣電池協會李桐進理事長(左);昇陽電池薛清水副總經理(右)
一致肯定參展效益,認為Battery Japan是開拓國際市場的最佳平台
 
關西電池展九月大阪登場 歡迎參加
2018年Smart  Energy Week已於3/2下午5點圓滿閉幕。下一場盛會將於9月26~28日在INTEX大阪國際展覽會場登場,預估將有450家廠商參展,是日本關西地區最大的能源商展,歡迎大家屆時再到大阪看展。更多展會相關訊息,歡迎上官網(http://www.wsew.jp/en)查詢(圖廿五)。
 
圖廿五、西日本最大電池展將於9月在INTEX大阪登場
圖廿五、西日本最大電池展將於9月在INTEX大阪登場
 
以上是材料世界網/工業材料雜誌呂學隆、林幸慧、孫文檠、蔡麗端、曾寶貞在東京Smart Energy Week 2018展會現場所做的Live報導。
 
 

昇陽電池股份有限公司

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