鈉離子電池―電池新殺手?
鈉電池技術研發起步時間與鋰電池其實相差不大，但因受制於本身技術壁壘及鋰電池性能的快速進步，一直沒有受到廣泛的重視。鈉電池真正引起大
眾關注是在2021年寧德時代的一場鈉電池發布會，當時碳酸鋰價格逐漸飆升，之後於2022年達到每公斤90美元的歷史高點，使得鋰電池產業發展受制於鋰原料成本；而鈉資源廣泛，鈉電池的能量密度雖然不如鋰電池，但是其成本低、低溫性能好、安全優勢大，與鋰電池製造互通性高，對儲能等應用來說，鈉電池或可為鋰電池產業提供新的發展方向。目前鈉電池的每度電價格仍在鋰電池及鉛酸電池之上，必須要進一步提升能量密度及壽命，並且降低成本，才能加速鈉電池產業化。
「2024年國際鈉離子電池量產商品化進程與應用現況」一文報導，相較於二次電池產業中市場規模最大的鋰電池技術來說，鈉離子電池與其各有優勢，未來可能在不同的應用領域中並存和互補。隨著技術的發展和市場需求的增加，越來越多公司開始涉足此一領域，並已有奇瑞汽車、江鈴汽車在電動車領域裝車銷售，雅迪電動自行車推出鈉離子電池電動自行車電池組等實例，開始替代原有鉛酸電池在電動自行車的技術地位。與鉛酸電池相比，鈉離子電池在循環次數、成本、能量密度等方面具有明顯優勢，有望向下蠶食鉛酸市場現有規模。
隨著全球對可再生能源儲存需求的增加，並且因鈉資源的豐富性和經濟性，鈉離子電池的研發與應用受到廣泛的關注。鈉離子電池的主要組成分包括電解質、負極材料與正極材料，其中正極材料的選擇對電池的性能至關重要。「鈉離子電池及其正極材料之發展」介紹了多種用於鈉離子電池的正極活性物質，分別為聚陰離子型正極材料、磷酸鹽型正極材料，以及層狀氧化物正極材料，除了描述材料的基本物化特性之外，還對不同種類正極的優劣勢進行了比較。總體而言，鈉離子電池擁有相當大的發展潛力，特別是在大型定置化儲能設備的應用具有一定的優勢。目前鈉離子電池的研究以及實際應用化仍在發展當中，隨著技術的進步和市場需求的增加，鈉離子電池有望在性能和成本上有更大的突破，為再生能源的儲存與利用提供有效的解決方案。
鈉電池因其高能量密度、低成本和豐富的原料儲量，近年被積極開發，而P2和O3層狀結構材料為正極研究的兩個重要方向。P2型材料具較快的鈉離子擴散速率與較高的工作電壓範圍，但其電壓降和缺鈉相需進行預鈉化處理，因此限制了應用發展。O3型材料雖具有較高的初始容量和穩定的電壓平台，但其鈉離子擴散速度相對較慢，且體積變化較大。為了改善層狀正極材料的循環壽命和倍率性能，許多研究探討摻雜不同金屬元素、表面修飾和奈米結構設計等改良方法。「鈉電池層狀正極材料技術與發展現況」將分兩期討論這些方法並整理目前的研究成果。
「水系電解液鈉離子電池(ASIB)之開發研究」探討水系鈉離子電池(ASIB)的開發及其在能源儲存中的潛力。由於鋰資源的稀缺性及其價格波動，研究者們轉向鈉離子電池，因其具有較低成本、環保和安全性。然而，水系電解液的穩定電壓範圍較窄(僅1.23V)，限制了ASIB的能量密度和穩定性。文中回顧了多種策略，包括電極材料選擇、電解液組成優化及添加劑應用等，以克服這些挑戰，並討論工研院在材料開發和界面改質方面的進展。未來的研究應聚焦於進一步優化電極材料和拓寬電化學穩定窗口，以提升ASIB的能量密度和循環壽命，使其更具市場競爭力。
重塑未來：廢料高值化的發展藍圖
塑膠因廣泛的用途、難被取代的特性，成為現代生活與產業不可或缺的必要材料。全球每年塑膠生產量已超過3億噸，必須要讓塑膠能夠作為資源被有效率地循環運用，而非流失到環境當中，因此廢棄物管理與循環經濟概念的導入至關重要。除了直接減少不必要的使用與設計外，還能透過循環經濟的商業模式與產品設計，展現塑膠包裝容器的不同循環契機。大部分塑膠的單體原料都來自於石油，提煉生產過程中會產生大量碳排放，導致嚴重的溫室效應；並且超過40%塑膠為一次性使用，大量的廢棄塑膠造成全球嚴重的汙染問題。其中最嚴重的廢棄物問題是塑膠包材，在全球塑膠產業占比最高，相關產品甚至95%是一次性使用，但每年僅14%塑膠包材被回收，因此現下全世界品牌大廠均開始投入淨零減碳技術開發。將廢棄塑膠替代石油作為低碳原料，開發各類高值化材料與化學品，符合國際品牌大廠產品開發趨勢，也為全世界減碳盡一份心力。
「環保低碳聚酯黏著劑開發與應用技術」一文指出，全球黏著劑需求逐年增加，同時為因應綠色環保政策與產業趨勢，如：可回收、減碳、可生分解等方向，聚酯類膠材主樹脂成為符合訴求的材料選擇。聚琥珀酸對苯二甲酸乙二酯(PEST)以及熱塑性聚酯彈性體(TPEE)，皆為可回收之聚酯類材料，用於聚酯包裝、布料、鞋材等貼合，即可實現單一材質可回收的特性。針對難以實現回收的產品，聚酯類易於生物分解的特性，能提供生命週期結束後的產品另一個優於焚燒的去化管道。除此之外，PEST與TPEE能夠由循環回收料源製造以降低製程碳排，符合各產業近年來所著重強調的減碳趨勢。回收料源提供PEST與TPEE材料結構中所需的芳香族硬鏈段，使材料具有一定的強度與耐用性，再搭配脂肪族軟鏈段的配比上下調控，材料即可展現不同的機械特性以符合需求，甚至可到達膠材主樹脂應用所需的流動、黏彈性規格，可望成為傳統石化來源黏著劑之替代材料。聚酯黏著劑主樹脂與配方值得更延伸的開發，以拓展應用領域，帶動黏著劑市場朝綠色環保的方向邁進。
隨著全球朝向減碳的目標前進，各家廠商積極發展塑料循環再利用的技術，減少對於石化原料的依賴。「低碳聚酯回收再製多元醇開發與應用」首先介紹全球業者以回收PET塑料作為低碳原料，透過化學改質技術，發展多元醇的高值化產品，主要應用於聚氨酯及聚酯樹脂合成；接著對於以回收PET改質而來之多元醇，將其多元醇末端的羥基修飾成特定的反應官能基，發展不同類型的樹脂，如環氧樹脂、丙烯酸樹脂等，為後續低碳多元醇應用開發更廣方向。
為抑止全球暖化導致氣候變遷，淨零碳排為世界各國首要的目標。我國常用的14種塑膠類基礎原物料中，聚丙烯(PP)的碳足跡數值僅有2.01 kg碳足跡/kg，而聚碳酸酯(PC)(非光氣法)的碳足跡則高達9.42 kg碳足跡/kg，為基礎原物料碳排之首。如何有效地去化PC廢料，達成PC的循環經濟，為目前重要的課題。市場對於PC廢棄物的處理，大多以物理回收的方式，再製降階產品。「聚碳酸酯(PC)化學解聚與低碳環氧樹脂開發技術」介紹PC化學解聚技術的發展，以應對無法物理回收、複雜結構的PC廢棄物(如PC/ABS)；並提供一種低溫、無須觸媒且節能減碳的化學解聚方式，達到再製高值化產品的目的。
「交聯乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)材料的回收再利用策略：挑戰與前景」一文報導，EVA為一種重要的高分子材料，其應用範圍非常廣泛，特別是在交聯後，其性能得到了顯著提升，因此被廣泛應用於發泡、包裝、電線電纜等眾多領域。交聯的EVA材料具有優異的機械性能、耐熱性和耐化學性，使得它在上述應用中表現出色。然而，傳統的EVA交聯方式主要採用不可逆的化學交聯方法，包括：過氧化物交聯、矽烷交聯、輻射交聯等，這些不可逆的化學交聯方法雖然能夠賦予EVA材料優異的性能，但同時也帶來了一個重大問題，即交聯後的EVA材料難以在溫和條件下回收或再利用。這是由於不可逆共價交聯的高熱穩定性和化學穩定性所致，使得這些材料在回收過程中需要消耗大量的能量和化學試劑，將對環境和經濟造成負擔。因此，如何有效地回收和再利用交聯的EVA材料，成為一個亟待解決的挑戰。
太陽光電產業與技術發展近況
太陽光電的全球累積設置量持續快速成長，2024年底將可超過2,200 GW，太陽光電已然成為全球再生能源的發展主力！國內市場自2016年底至今7年半共增加了12,151 MW，成長10.7倍。近年來，太陽光電為國內的新型態養殖注入新動能，建立共創多贏、複合利用的國際領導光電型態；2024年再生能源發展條例三讀修法賦予建物設置一定比例太陽光電的義務；另一重要應用則是太陽光電與儲能的整合應用推動，還有來自國內產業的綠電剛性需求，太陽光電的發電價值，被賦予更多產業未來接單順利的關鍵角色，這也是國內製造業要持續在國際市場維持競爭力的必備條件。技術面上，國內多家矽晶太陽電池廠相繼宣布投入TOPCon技術行列，鈣鈦礦太陽電池技術的研發則伴隨臺灣鈣鈦礦研發及產業聯盟的成立注入新活力。新的應用場域，如可撓式太陽光電模組，有機會開創有別於傳統設置樣態的市場，讓應用更多元化；而在淨零的趨勢下，光儲結合氫能的應用，也可望變成另一種新型態的區域電網整合應用。
因應使用石化能源所造成的環境衝擊，各國政府積極推動再生能源永續發展，並推出相關補助政策與獎勵措施。目前，全球已有超過150個國家宣示或規劃要在2050年前達成淨零碳排目標，促使太陽光電產業迅速成長。當前市場仍由矽晶產品主導，市占率超過9成，且隨著矽晶技術持續研發，這一趨勢短期內仍難以撼動。2024年，主流矽晶電池技術已由鈍化射極與背面電池(PERC)升級至穿隧氧化鈍化接觸(TOPCon)電池。因此，「穿隧氧化鈍化背接觸太陽電池概述」將說明一種有望成為下一階段的主流技術—穿隧氧化鈍化背接觸(TBC)電池，此技術結合了TOPCon技術與交指式背接觸(IBC)結構，可由現有TOPCon產線升級，使效率更接近矽晶電池的理論極限，對潔淨能源發展有所助益。
隨著能源需求不斷增長和環境問題日益嚴峻，尋找可持續能源變得尤為重要。太陽能因其潔淨和可再生的特性，成為備受關注的能源解決方案之一。在眾多太陽電池技術中，鈣鈦礦太陽電池(PSCs)因其高效率和低成本的潛力，迅速成為研究焦點。為了進一步降低生產成本並提高生產效率，卷對卷(Roll-to-Roll; R2R)製程被引入鈣鈦礦太陽電池的製造過程中，並取得了顯著進展。「卷對卷鈣鈦礦太陽電池之發展現況」概述了R2R製程的進展與挑戰，以及最新的改善方法，例如通過改進鈣鈦礦材料結構和添加新型穩定劑，材料的穩定性得到了顯著提升。卷對卷鈣鈦礦太陽電池技術有機會促成全球能源結構的轉型，增進可量產和可撓性技術在住宅、商業和工業等場景中的廣泛應用，同時推動可再生能源的發展，為實現碳中和目標做出重要貢獻。
隨著全球暖化與環保意識提升，再生能源的應用與發展逐漸成為能源議題的主流。其中，太陽能作為再生能源重要角色之一，太陽光電產業鏈包括上游的原材料生產、中游的太陽電池與模組封裝，以及下游的零組件與系統工程。在「可撓式太陽光電模組應用發展趨勢」文中，將聚焦於可撓式太陽光電技術，包括晶矽太陽能電池、化合物太陽能電池以及有機太陽能電池，因其可撓曲和輕便性，適用於各種形狀和材質的表面，其技術與運用情境，從傳統的太陽能農場到創新建材的整合、可穿戴技術以及便攜式電源等解決方案，太陽能裝置再也不局限於屋頂與地面型。將為未來再生能源應用帶來突破，實現永續發展和綠色能源作出重要貢獻。
「分散式光儲氫系統整合應用淺談」探討分散式太陽光電、儲能及氫能系統之整合應用，可實現於高能源利用率、減碳效益和能源自給之潛力。除概述相關之架構與原理外，同時佐以案例分析，例如：在國際上，德國和西班牙實證光儲氫系統可用於小型場域；在國內，工研院致力開發小型分散式光儲氫系統整合技術，於2024年台灣燈會之綠能燈區展示了分散式光儲氫系統在22 kW太陽能板、120 kWh電池儲能和5 kW燃料電池組合下的成效；此外，所開發的移動式光電光儲系統，包含4 kW太陽能模組和40 kWh儲能裝置，亦示範驗證快速部署和應急救災的靈活性。未來將繼續致力於技術優化和成本降低，推動多元系統應用和商業化發展。
主題專欄與其他
因電力缺乏造成國家發展以及生活起居極大的問題，溫室效應導致全世界氣候產生巨大變化，綠色能源和節能減碳成為全球永續密不可分的重要議題。太陽能電池技術主要分為兩種：P型有鈍化射極與背面(PERC)；N型則包括穿隧氧化鈍化接觸(TOPCon)、異質接面(HJT)、交指式背接觸(IBC)。目前快速崛起的高效能N型TOPCon太陽能模組，因多種優勢逐漸取代P型PERC太陽能模組。「太陽能模組P型與N型可靠度探討」介紹依據IEC 61215及IEC 61730，進行P型PERC太陽能模組與N型TOPCon太陽能模組可靠度的探討及傅立葉轉換紅外光譜(FTIR)的材料分析。實驗分為單項測試及序列測試，在單項測試中，模組功率衰減P型最多達1.2%，而N型最多2.5%；在序列測試中，模組功率衰減P型最多達1.8%，而N型最多達5%。FTIR檢測結果顯示，EVA在波數1,715 cm-1處(C=O)發生變化，且1,150 cm-1至1,050 cm-1處有過氧化物；POE在2,800 cm-1至3,000 cm-1處(CH/CH2)發生變化，4,000 cm-1至3,500cm-1和1,250 cm-1至1,050 cm-1處均有過氧化物。顯見封裝材料的改變，對於N型模組或封裝材料的可靠度，更需要進一步進行檢測分析。
技術發表會「低反應性光安定劑應用在聚丙烯之探討」一文旨在對聚丙烯進行一系統耐候研究，探討純聚丙烯和添加碳黑著色之後，其耐候的保護效果。並且針對黑色聚丙烯添加不同類型的光安定劑，探討其最適化的組合，其測試結果顯示，本研究開發的Eversorb® 991能比一般型光安定劑提供更長效的耐候保護。本研究也探討一般型光安定劑會和硬酯酸鋅產生反應，進而產生沉澱物造成模垢問題，而Eversorb® 991具有低反應性，不易和硬酯酸鋅產生反應，能提供優異的耐候保護。「聚乙烯中受阻胺光安定劑之UEAT超萃取分析定量技術開發」則針對聚乙烯因難以溶解的性質，無法有效量測光安定劑的有效含量，而開發出新型的分析方法UEAT超萃取分析技術，能量測光安定劑在聚乙烯內的含量，達到精準定量和快速量測。使業界對於聚乙烯產品光安定劑的使用與品質控管上，提供快速並有效的分析結果。
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