低碳/循環/高功能新材料—提升產業競爭力，邁向企業永續經營
「低碳循環高功能材料」是為了因應政府推動溫室氣體減量的國家減碳目標及循環經濟政策願景所發展的關鍵新材料；具低能耗、低溫室氣體排放、低污染、長使用期的低碳特性，兼具可回收、可再利用、可再生、環境友善等循環特性。本期「低碳循環高功能新材料」技術專題將深入介紹全球在低碳與循環經濟風潮下，材料業界的主要發展方向與工研院材化所近期開發的低碳循環高功能新材料，為從製程端到使用端面向均具有市場價值的節
能減碳材料相關產品，包括：低碳節能建築材料、生質聚酯吹瓶材料與阻氣食品包材等。希望藉由國內專家分享低碳循環新材料的相關資訊，可以協助國內產業與廠商發掘出發展綠色與循環經濟應用的新契機，緩解環境衝突及產業發展的新機會。
「『低碳循環材料』全球的發展現況與未來發展趨勢」一文介紹低碳循環材料的種類包含：生質材料、生質化學品、運用最適可行技術所生產的材料、綠建材、高值化材料、回收再利用材料等。「節能」與「法規」仍是當今低碳循環材料市場發展的主要驅動力。國內在溫室氣體減量及管理法實行後，生產廠商的排碳成本增加，最適可行生產技術的應用逐漸受到重視，廠商應注意「減碳法規獎懲措施」與「綠色稅費」未來的實行期程，此將牽動企業排碳罰款額度與繳交碳稅之排碳成本。另外，SDGs逐漸成為政府/企業的永續發展目標，「多元整合」成為解決問題的重要思維。
開發具有特殊機能的生質高分子材料擁有低碳排與高附加價值的優點，FDCA為一種可取代石油基對苯二甲酸(PTA)的平台化學物，可用於合成聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)高阻氣機能材料，為下世代的生質聚酯材料。「生物循環與下世代生質聚酯材料」一文針對此新穎生質高分子材料介紹其國際技術發展現況及未來應用方向。從近期的國際發展趨勢可看出世界各大廠皆相當重視生質聚酯包裝材料未來的發展潛力。PEF聚酯材料具有生質來源與高阻氣特性優點，目前已經逐漸朝向商業化生產。工研院材化所具有從醣類原料生產FDCA單體製程技術與PEF材料組成的完整專利布局，加上台灣聚酯上、中、下游產業鏈完整，未來若能克服原料來源與成本問題，PEF於台灣產業應具有相當大的發展潛力。
「國際生質塑膠包裝材發展趨勢」一文分成上、下兩集完整報導。根據巴黎ALL4PACK展會，未來包裝材料將朝智能化包裝以及綠色永續包裝（減少材料用量如回收循環、輕量化、生質/生分解）方向發展。目前生物塑膠產能占全球塑膠產能不到1%，主要應用市場聚焦在食品包裝（軟質＋硬質），約占六成。隨著網路購物興起的物流需求，綠色包裝材料發展更為迫切。我國為全球3C產品製造生產主要供應商，因應EPEAT標章需求以及海洋塑膠垃圾汙染問題，發展生質/可分解的一次性包裝材料具急迫性。工研院材化所建立生質奈米纖維自補強、生質奈米複材、功能性生質母粒、綠色發泡技術平台，賦予生質/生分解包裝材具有氣體阻隔性、抗靜電、抗菌、輕量化等功能，提升生質材料產業應用價值，可協助塑膠產業投入發展綠色生質材料，切入每年超過650億美元的EPEAT標章市場，開拓綠色包材商機。
溫室效應造成世界各地之氣候產生極大改變，節能減碳已成為目前重要的應對策略。建築物外牆隔熱塗料主要為兩種：日光反射型以及低熱傳導型。目前廣泛使用的日光反射型隔熱塗料多為淺色系列，主要以白色為主，具有高太陽光反射率，但使用上有美觀與光害等問題。「低碳節能材料在建築之應用」介紹以深色反射達到降低室內溫度之技術，提供更多建築物顏色設計選擇，以及改善光害問題。此外，低熱傳導建築塗料則是利用塗層低熱傳導特性，阻隔室內外熱量傳遞與交換，能有夏天隔熱、冬天保溫雙重節能效果。目前低熱傳導塗料多以中空球狀為主要低熱傳導來源，本篇介紹以多孔隙氣凝膠材料配製成塗料，其熱傳導係數可降至0.05 W/m·K以下，可有效降低建築能源使用量。
鋰電池從材料研發到系統應用已全面展開
國內電動機車在政府政策與推動計畫加持下，自2016年起銷售連三年倍數成長，2018年政府補助民眾及法人購車的數量達7.8萬輛，已接近該年全國機車總登記掛牌數的10%，超過原計畫預估推動數量兩倍，政府並宣示2035年新售機車全面電動化。市場呈現樂觀的氛圍，幾個具體現象包括：①電動機車銷售量預估會繼續成長；②電動機車業者與燃油機車業者紛成競合局面；③換電成為顯學；④公營機構如中油也思考轉型經營綠能加油站，供應品牌電池及提供電能補充服務；⑤快速充電如火如荼布局中；⑥因應改善空污政策，政府宣布2030年公部門及市區用公車將全面電動化。依此估算，2030年國內電動巴士與電動機車電池需求量有1.75 GWh; 2035年電動機車電池需求量可達2.38 GWh。鋰電池無論在3C或交通工具應用，都成為國人生活密切不可分的一環，其可靠性、安全、壽命及價格必然與大家息息相關。電池材料的開發創新、電池管理由軟/硬體技術面擴大到雲端管理層次，都將是全球電池相關廠商布局的重點。本次「電動機車與電動巴士電池」技術專題四篇專文緊繫目前國內發展及國際趨勢，值得展讀。
「可快充鈦基鋰電池及材料」一文指出，消費者對電動車除續航力考量外，亦希望有較短的充電時間，因此對快充的需求愈來愈高。鈦系負極材料如Li4Ti5O12、TiNb2O7等皆具有循環壽命佳、高安全、可快充等特點。所以，使用鈦系負極之鈦基鋰電池同樣具有可快充、長壽命、高安全、低溫性能佳等特性，可應用於電動（機）車、油電車、怠速啟停系統、電動工具、電動自行車及儲能系統，且可用於嚴苛環境如軍事用途。
「化學SEI改質長續航力電動車鋰電池」是工研院材化所獲得全球百大科技獎(R&D 100 Awards)的技術成果。ChemSEI-Linker為「可一體成型、具多重機能之特殊組合結構體」，在電極極板材料混漿過程中，能扮演各組合成分（電極活物材料、導電碳材、黏結劑）之機能區隔與匹配定置的主導角色，並提供各層介面間應力緩衝及機能保護作用。透過工研院的ChemSEI-Linker技術，可讓目前電動車使用的主流─動力鋰電池擁有更高電容量與電池工作電壓範圍，使電動車行駛續航力得以倍數增長、延長電池壽命、充放電次數逾3,000次，且可循環使用。
「以低成本點焊工藝達成類似打線接合製程的電芯串並聯匯流排設計」主要介紹一種可以用低成本傳統鎳片之電池點焊技術，實現類似特斯拉公司採用的高成本打線接合(Wire-bonding)電池串並聯製程技術。特斯拉所採用的高成本打線接合的電池組串並聯與匯流排設計，具有焊接品質好、易組裝、抗振能力及過載保險絲之幾項關鍵優勢，但最大的缺點就是打線接合的機台成本高，且不同規格的耐電流需求，也必須採用不同材質與粗細的金屬連接線來達成。而本文所介紹的電池串並聯匯流排設計，是將鎳片以塑型與鏤空的方式，搭配生產治具的配合，以低成本鎳片點焊的製程即可實現特斯拉公司的高成本電芯串並聯打線接合方式的所有優點，且無增加額外成本，對於以點焊製程為主的電池組生產製造商，本鎳片設計可大幅提高現有產品的安全性與可靠度。
因應全球電動車輛及儲能系統趨勢，鋰電池扮演著重要的角色。然鋰電池在系統的成本占比高、回收期長、使用方式又影響產品壽命甚鉅，如何評價使用中的鋰電池，確認其功能價值，為吸引投資營運的重要關鍵。「以時光回溯法應用於鋰電池使用中監測及價值評估」一文提出一個評價使用中的鋰電池之框架概念方法，透過物聯網(IoT)技術保留記錄電池系統的電壓、電流、溫度等數據變化，以時光回溯法還原整個充放電行為及使用環境歷史，進行風險掃描、確認性能及預估電池壽命，以作為評估基礎。
主題專欄
鎖定本期電動車與電動機車技術議題，本期人物專訪特別訪問全球鋰電池磷酸鐵鋰正極材料最大供應商―立凱電能科技張聖時董事長。在「因為要看到後天的美好 所以必須活著」一文中，張董事長娓娓道來如何走上鋰電池正極材料創業之路，也分享立凱過去發展材料、投入電動巴士的重要歷程。而在邁向成立15年之際，立凱將持續深耕磷酸系正極材料，尤其是高鎳高電壓的磷酸鎳鋰材料；同時鎖定取代汽車用的鉛酸電池以及家用儲能櫃兩項不靠補貼的產品，大力拓展歐美日韓市場。另外看準工業4.0的發展，立凱也投入模組化自動生產的布局，期望能提供客戶零距離的服務，並分散美中貿易戰下的市場風險。
市場瞭望專欄「全球汽車整車暨電動車產業回顧與展望」一文報導，全球汽車整車銷量進入微增長狀態，2018年銷量較2017年小幅上升1.6%；全球整車集團銷量VW小幅拉開與Toyota差距，Nissan可望超越GM躍居第三。全球電動乘用車市場2018年有望突破370萬輛銷量，後追者逐漸侵蝕最大電動車品牌Toyota市占。電動車關鍵零組件中，電池及馬達均潛藏材料研發議題。全球電動車市場呈現逐漸進入成長期階段，我國宜提早布局具以小博大特性技術，奠定台灣成為「全球電動車輛研製及試營運重鎮」基石。
市場瞭望專欄「全球電動機車產業現況與商機展望」一文分成上、下兩集完整報導。文中指出面臨電動機車市場興起，燃油機車廠威脅日益加深，紛紛選擇跨足電動機車發展，並在關鍵零組件深化布局並強化專利保護。此情況如智慧型與傳統手機的精采戰役，未掌握先機的企業將逐步衰敗，未來電動機車市場將隨著多家車廠投入而呈現多元產品功能與服務發展，同級距電動機車亦將在2~3年內競爭轉趨激烈。此外，亦有部份新創營運商投入消費者數據收集，希望進一步與電動機車業者合作搭配，未來電動機車將可能成為數據收集核心，商業模式則依數據與資訊為基礎，解決使用者痛點，並成功促成多方獲利及獲益。另電動機車為相對新興產業，未來將可能面臨電池回收與車廠獲利等問題，在發展電動機車同時，應以更宏觀角度思考產業發展全局，如電力來源、電池回收、商業獲利模式、生產流程優化、勞工職能培育等，以建構未來產業生態系之必要發展條件。
紡織產業在面臨全球永續環保意識高漲以及國際品牌商積極投入綠色環保產品需求之下，使得染整製程技術亦開始轉型升級。超臨界流體染色即是重大突破之一，以二氧化碳為染色媒介並具有高回收率特色，使其兼具綠色與循環經濟特色。台灣紡織染整產業占全球75%以上超臨界流體染色產能，是超臨界流體染色技術發展重鎮，亦是全球國際品牌商主要供應鏈，可見其重要性。纖維紡織專欄「全球超臨界流體染色技術進展」一文主要著重於超臨界流體染色系統與材料技術發展現況分析，並針對未來發展趨勢進行說明。在面對生產設備增加與產能日益擴張之際，台灣紡織染整產業應持續投入染料與化學品開發，提升材料自主率，方能更加穩固領先地位。
亞洲最具指標性的國際年度產業盛會—第48屆電子研發暨製造綜合展「NEPCON JAPAN 2019」甫於一月圓滿落幕。材料補給站「聚焦NEPCON JAPAN 2019 前瞻電子產業研發/製造最新技術趨勢」為讀者帶來展場第一手的巡禮。展期中人氣熱門的Automotive World、全球最大的Wearable EXPO，以及RoboDEX與Smart Factory Expo等電子相關展會亦同步登場，國際知名企業踴躍亮相，紛紛展示電子產業鏈下的最新技術與設備。工業材料直擊展會，針對「備受矚目的熱界面材料」、「穿戴式裝置的導入應用趨多元化」兩大主題，報導Namics、三菱材料、十条油墨、TOYAL、大阪有機化工、Informatix、Kurabo Industries、Fitbit、FDK、南韓JENAX、積水化學、ISID等公司的最新發展。研討會重點分享則鎖定Fan-out WLP技術發展和5G技術所需之相關構裝技術兩領域，介紹TSMC、日立化成、SoftBank、聯發科的技術發展動態。
熱門專利組合本月推出工研院材化所兩類八項優質專利組合。「低碳循環高功能新材料專利組合」精選澱粉改質塑膠材料、聚乳酸可分解材料、低碳塗料、藥物/食品包埋技術；「電池材料與系統技術專利組合」則有高電容量長壽命電極材料、高安全電解質材料、電池管理系統技術、電池芯結構設計。材化所技術豐富多元，歡迎業界與材化所智權加值推廣室(03-5913737)聯繫洽談。
凡對以上內容有興趣的讀者，歡迎參閱2019年3月號《工業材料》雜誌或參見《材料世界網》，並歡迎長期訂閱或加入材料世界網會員，以獲得最快、最即時的資訊！