得鋰電池及材料者得天下
鋰離子電池自1990年問世以來，性能不斷進步，在過去30年廣泛使用於電腦、通訊及消費電子等產品，對人類社會產生莫大影響。近年來為減低人類對石化及煤碳燃料的依賴，降低汙染排放，減緩全球暖化問題，各種電動車輛、太陽能與風力再生能源成為世界各先進國家發展的重點。由於鋰離
子電池及正負極、電解質等材料之技術進步，使得鋰電池能在不同使用情境下展現出優異的特性，同時其每度電成本也大幅下降至130美元以下。以目前發展趨勢來看，鋰離子電池已成為電動車、電動垂直起降飛機及儲能應用所需大型儲電系統之主流。2021年全球鋰電池市場達三百多億美元，展望未來，鋰離子電池還須在能量密度、循環壽命、安全性及成本上繼續改進，技術的開發充滿挑戰。
固態電池各項新技術的動向，以及其結合消費性電子產品、電動車、儲能等應用市場的量產化進展，為各界關注的產業重要焦點。在各廠商推出半固態電池產品等階段性技術創新與持續推進開發進度下，「晚近固態電池市場展望與商品化最新進展」一文將從固態電池市場現況與未來預測作為開端，接續以固態電解質商品化來觀察晚近在小型電池應用、電動車用與儲能市場量產上市的發展現況，並簡介現今已達量產供貨階段之固態電池國內外產品與廠商發展，提供讀者參考。
鋰離子電池能量密度已達瓶頸且有安全性疑慮，故鋰金屬固態鋰電池為未來發展之重點。而鹵化物固態電解質具較高之離子導電率與較寬之電化學穩定窗口，「應用於固態鋰離子電池之鹵化物固態電解質」一文選用鋰銦氯固態電解質作為論述，文中總結各類固態電解質與鹵化物固態電解質之優缺點，並介紹各團隊對於鹵化物固態電解質界面副反應之研究與解決方法。其可由摻雜之方式，提高電化學穩定窗口，應用於高電壓陰極材料。然其仍具缺點，如：空氣穩定性不好與界面副反應等問題。未來鹵化物固態電解質，應先解決其界面等問題，以實現長循環鋰離子電池特性。
全固態鋰電池(ASSLiBs)具有不易燃、不易爆和耐高溫等安全上的優勢，透過提高固態電解質的鋰離子傳導速率，以及優化全固態鋰電池的組裝方法，可降低電極與固態電解質間的界面阻抗，從而提升電池能量密度(>500 Wh/kg)以滿足商業應用。「硫化物固態電解質在全固態鋰電池的最新發展趨勢」將分兩期，從業界固態電池的使用方向及應用介紹，進而說明全固態鋰電池的基本原理，並簡介鋰固態電解質目前在學術界的分類，摘要說明硫化物固態電解質，特別聚焦在具有高鋰離子傳導的硫銀鍺礦(Li6PS5Cl)的合成方式，最後針對硫化物固態電解質應用在全固態鋰電池組裝方法進行系列文獻回顧。
固態鋰電池具有高能量密度與高安全性，因而被寄予厚望成為下一世代電池。其中固態電解質發展為固態鋰電池開發的關鍵，單一無機固態電解質或聚合物固態電解質分別存在界面不穩定、低離子導電度和鋰枝晶的產生的問題，無法滿足固態電池的需求，而複合電解質可綜合個別自身固態電解質的優點，並展現卓越的物理與電化學穩定性。「樹脂/陶瓷複合固態電解質」由離子傳導機制、高離子傳導結構設計、界面問題等方面進行探討；同時分享工研院材化所透過反應型環氧樹脂與胺基進行交聯聚合反應形成聚合物固態電解質，並選用惰性粒子氧化鋁為填充添加物，製作樹脂/陶瓷複合電解質，可適用於Roll to Roll的製程，讓複合電解質型正極極板進行連續性生產，加速電池發展進程。
隨著電動車對鋰離子電池能量密度需求的增加，富含鎳及鈷的NMC鋰電池成為趨勢。然而富含鎳鈷NMC鋰電池的安全性和成本一直是其在電動車產業應用發展的問題。相較之下，橄欖石結構的磷酸錳鐵鋰(LMFP)因其高電壓(~4 V)、長壽命、低成本、高安全性而備受關注。目前，鋰鐵材料及電池具低成本、長壽命及高安全性，但其電壓及能量密度較低；而三元電池能量密度高，但壽命及安全性相對較差，且成本高，兩種電池各有其優缺點。「兼顧能量密度、安全、壽命及成本之動力鋰電池技術」一文介紹最新NMC-LMFP複合及雙層電極結構電池技術。鋰錳鐵不但可取代鋰鐵，以增加電池密度，也可和三元複合，提供電動車及儲能系統兼顧高能量密度、高安全性、低成本和長壽命的最佳電池解決方案。
掌握烯烴材料發展的關鍵
台灣石化產業原具有煉油/石化一體的優勢，但多屬大宗、泛用產品，須往高值應用產品發展，以拓展新市場。近年來美國以頁岩油氣為原料的乙烯產能大量開出，中東及中國COTC新製程產能將陸續落實，國際聚乙烯的產能增加速度將快過需求，勢必會衝擊國內聚乙烯產能利用率。國內產業有必要進一步評估在台灣投入乙烯高值化產品的開發，提升競爭力。同時如能鏈結我國優勢產業如半導體、電子材料、製鞋、機能性紡織、車輛零組件與塑膠加工產業，不但可解決烯烴去化問題，也協助我國石化產業在有限的資源下走出一條轉型發展的道路。聚烯烴樹脂所使用的觸媒、聚合技術和應用一直受到國內外產業界和學術界廣泛關注和重視。Ziegler-Natta催化劑在聚烯烴生產中一直占主導地位，但隨著單點配位觸媒如茂金屬觸媒等催化技術取得突破性進展，聚烯烴分子結構、性能均發生顯著變化，產生出許多高性能材料與應用領域。
乙烯的精準寡聚技術在1967年嶄露頭角、1990年代開始興起至今，技術已逐漸成熟，是生產線性α-烯烴的重要商業化技術，廣泛應用於烯烴材料共聚單體以及界面活性劑與塑化劑等多種產品開發。尤其是以乙烯選擇性三聚與四聚技術所生產的1-己烯與1-辛烯，是生產高值聚烯烴材料所需的共單體。「乙烯精準寡聚技術：線性α-烯烴製備」一文重點介紹乙烯三聚/四聚技術觸媒系統，包括觸媒前驅物、配位基與助觸媒等對聚合反應的影響。未來乙烯寡聚技術仍有許多發展的空間，包括高選擇性、高活性與低成本的觸媒系統，以及更高碳鏈的乙烯寡聚技術開發，C10以上的線性α-烯烴寡聚技術，將是此技術領域下一個挑戰目標。
聚烯烴材料具有高阻水、耐化性、耐紫外光等特性，被廣泛應用於日常生活中，根據統計，2021年國內生產聚乙烯、聚丙烯將近220萬噸。國內聚烯烴材料均使用Ziegler-Natta觸媒系統，產品也都是以應用於一般民生消費產品為主(如塑膠袋/桶/盒、吸管、一次性塑膠用品、玩具等)。而對於高階聚烯烴產品大多仰賴進口，其原因在於國內目前欠缺能夠生產高品質產品的承載型茂金屬觸媒與其聚合製程技術，而且國外大廠多無技轉意願，因此國內需要建立相關技術平台，以提升與發展國內下世代高值化聚烯烴產品。「承載型單點配位觸媒及烯烴聚合應用」重點整理承載型單點配位觸媒製備及其在烯烴聚合反應的應用，以期協助推動建立國內承載型茂金屬觸媒技術平台與量能。
生產聚烯烴彈性體(POE)材料需要茂金屬觸媒與烯烴共聚合製程技術，促使較高比例的α-烯烴單體參與乙烯共聚反應。國內目前僅有生產泛用塑膠的Ziegler-Natta觸媒與聚合製程系統，尚無法有效調控聚乙烯結構達成彈性體特性，導致國內對於汽車組件、鞋材、電線電纜等產品成分所需之POE材料長期仰賴進口。「聚烯烴彈性體聚合技術發展與應用」一文淺談聚烯烴彈性體應用與市場狀況，並說明面對國內POE需求量逐年成長以及乙烯高值發展的趨勢，工研院材化所正以所開發之POE聚合觸媒與製程技術，引導國內石化上游業者投入乙烯高值化發展，推動乙烯高值化產業鏈，協助國內廠商提升乙烯產品價值，建立高附加價值之POE材料自主化技術，並連結下游汽車組件、鞋材、電線電纜等應用端驗證國產料源，加速POE國產化進程，降低材料進口依賴與斷鏈風險，強化競爭力。
高頻傳輸複合電纜隨5G高頻應用佈線密度大增，其被覆材料需求高拉力、高絕緣性、高耐候性及良好的柔韌性，因此耐候型交聯聚烯烴材料即成為開發重點。「高頻傳輸耐候型複合電纜應用烯烴加工技術」介紹工研院材化所於此領域建立聚烯烴交聯改質系統，以連續式接枝改質製程技術，透過螺桿組態設計與起始劑反應速率調控，進行聚烯交聯改質材料交聯度調控及其物性精進；並銜接交聯催化劑配方開發，完成高速複合電纜高拉力、耐溫交聯聚烯材料開發，同時建立聚烯交聯度Gel Content分析方法。兩步法製程適用於國內加工廠現行混煉擠出設備，符合經濟效益，在未來能協助國內業者進行開發，建立相關產品技術，以提升國內聚烯烴相關業者之技術競爭力，有助於聚烯烴產品往高值化應用發展。
1,3-丁二烯（1,3-Butadiene，簡稱丁二烯）是一種重要的化工原料，作為單體可用於製造合成橡膠，廣泛應用於鞋底、輪胎、黏著劑、瀝青，除此之外也可應用於製備尼龍、ABS樹脂、電子產品等。丁二烯調聚反應是一種重要的生產不飽合醚類、醇類等及其衍生化學品的技術，主要是藉由加入具有酸性質子(Acidic-H)的親核化合物進行丁二烯二聚反應，所使用親核化合物可以是水、醇、酸、胺等。「丁二烯調聚技術及其應用」一文聚焦於介紹已經有工業化製程的丁二烯水調聚和甲醇調聚反應，產品分別為高值石化中間體壬二胺、正辛烯之重要前驅物，期透過調聚反應協助國內廠商開發高值石化中間體。
太陽光電產業與技術發展近況
國發會在2022年初公布「臺灣2050淨零排放路徑及策略總說明」，提出淨零轉型的12項關鍵戰略，而太陽光電與風力發電列為第一項。太陽光電主要方向為透過土地多元化應用擴大設置場域，並汰換更新為新世代高效率光電，政府規劃太陽光電2030年設置裝置量達30 GW、2050年達40~80 GW。國內市場自2016年以來成長快速，根據統計，2016年底累積設置量為1,245 MW，2022年6月底已達8,701 MW，6年半共增加了7,456 MW，成長將近6倍！另外國際上越來越多品牌大廠及其供應鏈相繼提出達成百分之百綠電的時間點，在產業發展的必要條件下，發展太陽光電等再生能源，未來也會是地方政府招商須配合的要件之一。
自從穿隧氧化鈍化接觸太陽電池(TOPCon)的概念被提出以來，由於其優異的表面鈍化效果及與主流產線良好的兼容性而成為太陽能領域的熱門研究項目。「雙面鈍化接觸太陽電池概述與展望」一文回顧典型的TOPCon電池的基本原理與關鍵製程，並說明在經濟部能源局支持下，茂迪與工研院所合作進行開發之TOPCon電池與模組皆已導入量產並積極擴產。文中也著墨於更高效率之biPC電池，可由現行的主流PERC以及TOPCon產線進行升級，且其電池的理論效率為28.7%，非常接近晶體矽太陽電池之理論極限效率29.43%，未來具有巨大潛力。
近日瑞士研發中心(CSEM)與洛桑聯邦理工學院(EPFL)的最新研究成果發表，鈣鈦礦矽晶堆疊太陽電池效率達31.3%，一舉突破單接面太陽電池理論效率極限。然而，目前鈣鈦礦矽晶堆疊太陽電池的研究成果，在面積與效率仍離商用階段有不小的距離。「面積大於2 cm2鈣鈦礦矽晶堆疊太陽光電模組之發展現況」一文，整理國際大尺寸鈣鈦礦矽晶堆疊太陽電池資料，並從「大尺寸」角度比較兩者技術的成熟度，發現四端點堆疊太陽光電模組遠遠落後二端點堆疊太陽電池，即便四端點擁有上/下電池在製程、電性彼此互相獨立的優勢，但面積跟效率若無法突破，恐將面對市場接受度嚴重挑戰。文中同時推測發展商用模組的關鍵瓶頸，並提出可能的解決方法。
隨著綠能政策推動，再生能源建置逐年快速增加設置容量，而太陽光電系統更占再生能源設置容量20 GWP，統計至2022年6月太陽光電設置容量已達8.7 GWP，隨著案場數量與設置容量增加，系統維運已開始逐漸被重視，尤其系統發電性能評估也日益重要。「太陽光電系統性能分析―以工業技術研究院中興院區為例」一文，介紹於工研院新竹中興院區設置不同模組、變流器之系統組合，利用國際規範測量並計算太陽光電系統性能，說明如何有效利用監測數據，為案場進行發電性能分析，藉由每個月、每季、每年的性能變化，提出有效判斷系統健康狀況的建議。
主題專欄與其他
石墨烯具高比表面積以及良好的導電性，非常適於作為高級電容器之電極。能源/儲能專題「奈米石墨烯壁材料分析及超級電容儲能元件應用」一文介紹利用微波電漿輔助化學氣相沉積(MPECVD)，直接成長奈米石墨烯壁(Graphene Nanowalls; GNWs)於鈦片上，可直接用作為超級電容器儲能電極，其相較於傳統超級電容器之電極製作，省略混漿、輾壓、塗佈、及烘烤等步驟，生產手續簡便。電漿成長出而成之石墨烯電極，不需添加黏著劑，再加上石墨烯本身導電性好，亦不需添加助導劑，故可將超級電容器模組工作電壓提升至4 V，能量密度達12 Wh/kg，功率密度達2 kW/kg，對組裝高容量超級電容器模組，具有減少體積之優勢，利於工業應用。
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