無須供電也能傳訊的水下感測器，可布置在海洋深處

一種無須電池、幾乎不用電源供應的水下感測與通訊系統被科學家研發出來了，麻省理工學院表示，這將能用來大面積覆蓋至今依然乏人問津的深層海洋，打造出「水下物聯網」。電子儀器不用充電、不須配備電池聽起來很不可思議，但這確實是有可能美夢成真的研發方向，過去便有科學家嘗試過開發無須充電的手機，雖然結果表明，還有巨大瓶頸尚待突破。

而麻省理工學院團隊現在研發出無須充電、也不用裝備電池的水下感測器，能近乎零功率傳輸數據。

但要如何為無數個長期泡在海洋深處的感測器提供恆定功率？研究人員結合了兩種關鍵現象：反向散射（backscatter）、壓電效應（piezoelectric effect）。

反向散射是一種常用於無線射頻辨識（Radio Frequency IDentification，RFID）標籤的通訊技術，透過無線電訊號識別特定目標並讀寫相關數據；壓電效應則是介電質材料中一種機械能與電能互換的現象。

團隊研發的水下感測與通訊系統包含發射器、接收器、感測器三部分，發射器和接收器必須連接電源，所以得放在船上或海上浮標，電池容易更換；感測器則是放在水下，其核心系統包含一個節點（node）、一個容納壓電共振器的電路板、一個能量收集單元、一個微控制器。

首先，發射器透過水發出聲波撞擊存儲數據的水下壓電感測器，接著壓電共振器吸收波後變形，如果不想反射波，則能量採集器從材料所產生的振動中儲存少量電荷，接收器接收不到反射波，就會解碼為 0；若感測器將聲波反射給接收器，則接收器就會解碼為 1，利用二進制方式有效通訊。

這項技術能將感測器布置在海洋深處，實時監測海水溫度梯度變化，也可以將感測器放在欲長時間研究的海洋生物身上，追蹤其去向而不用擔心感測器耗盡電力；甚至，未來有機會應用在探測器上，收集其他行星、衛星的海水樣本，比如土衛六泰坦。

• A battery-free sensor for underwater exploration

穩定性、成本效益比更佳，印度研發世界第一個鐵離子電池

鋰離子電池是目前最常見的電池之一，舉凡智慧手機、筆電與電動車，都可以看到它的身影，但鋰在地殼含量著實不多，若是能換個常見的金屬就好了。最近印度科學家就研發出鐵離子蓄電池，聲稱比鋰電池更穩定、更便宜，競爭力可期。

曾聽過鋰離子電池、鈉離子電池、鎂離子電池，但鐵離子電池可謂前所未見。印度理工學院（IIT）馬德拉斯分校物理系教授 Ramaprabhu Sundara 表示，鐵的物理、化學性質都不錯，鐵離子氧化還原電位（Redox potential）比鋰離子高，亞鐵離子（Fe²⁺）半徑也比鋰的離子半徑還要小，過去科學家都略過這些優點。

看好鐵的可能性，團隊開始研製鐵離子電池，他們把低碳鋼當作陽極，陰極用五氧化二釩來製造，電解質則是採用高氯酸鐵，其中陽極採用低碳鋼的原因在於，若是用純鐵（pure iron），鐵離子難以在陽極穿梭，但在低碳鋼加入少量碳後，就能解決這個問題。

團隊指出，五氧化二釩常用於多價離子電池，間距較大，鐵離子容易在其中穿梭，而測試多種或常規或特殊電解質後，團隊也發現醚基高氯酸鐵溶液電解質的效能最好。

團隊認為，以低碳鋼製造鐵離子電池，能提高成本效益、穩定性及儲電容量，可儲存較高電量等優勢。除此之外，與鋰電池不同，鐵並不會生成晶枝，能有效防止電池在充放電時短路，因此能大幅提高鐵離子電池的安全性。

根據研究測試，目前鐵離子電池只能進行 150 次充放電循環，50 次循環後維持 54% 電量；重量能量密度為每公斤 220Wh，鋰離子電池則是每公斤 350Wh，大約是鋰電池 55%~60%，顯然在壽命跟儲電容量方面，還需要進一步最佳化。

不過鐵離子電池仍是具潛力的技術，畢竟鋰離子電池並非完美無缺，不管是鋰礦開採、電池穩定性都備受爭議。

雖然鋰礦開採相對便宜，但通常都是透過抽取鹽水並加以蒸發處理的方式來取得鋰礦，開採鋰礦需要大量水，每噸鋰得使用 500,000 加侖水，且鋰礦的有毒化學品若不小心泄漏，也會對生態系統造成嚴重破壞。

因此團隊認為，鐵是個不錯的替代方案，並不斷研究並冀望能商業化。研究已發表在《Chemical Communications》。

• IIT Madras Becomes The First To Discover Iron Ion Batteries
• Could Iron Replace Lithium in Batteries?
• IIT Madras registers initial success with iron ion battery
• Rechargeable Iron Ion Battery

工業技術研究院串連國內廠商共組「國產雷銲儲能電池合作聯盟」

工業技術研究院串連國內廠商共組「國產雷銲儲能電池合作聯盟」，投入「高能雷銲設備應用快速充放電儲能系統」，將大幅提升國產動力電池產能和良率。

工研院今天串連國內的設備大廠台勵福公司、漢民集團負責雷射源的㵢杰公司、專職鋁電池芯廠的亞福儲能公司及電池模組儲能系統廠的達振能源公司等 4 家廠商共組「國產雷銲儲能電池合作聯盟」。

工研院雷射中心執行長曹芳海表示，動力電池對銲接技術的要求很高，過去的製程會根據不同的零組件採用不同工序以及不同的銲接方法。隨著動力電池的需求不斷擴大，先進國家與車廠如德國均已導入雷射銲接於量產線大量製造生產。

曹芳海說，「國產雷銲儲能電池合作聯盟」成立後，未來從電池芯到加工設備、雷射源及雷銲封裝，均由國產自製，打造一條龍式的動力電池生產供應鏈。目前工研院在台南已建置雷銲示範場域，也進行智慧銲深預測的專家系統開發，所採用的先進掃描式雷射銲接技術比傳統雷射點銲可提升產能 5 倍以上，以面加工的方式不僅降低人工依賴度，也比單點加工更適合大規模製造，在銲接良率、導電率均有顯著提升。

台灣電池協會理事長李桐進指出，台灣的電池產業鏈頗具規模，但因國內鋰電池下游應用市場規模小，使得本土鋰電池芯及材料業者過去難以依賴內需市場成長。

展望下世代的產業發展，李桐進說，動力電池將是各式電動載具及綠色再生能源搭配儲能應用的關鍵核心，更兼具高產業關聯性與高附加價值，產業應用工研院的高能雷射銲接技術，做出差異化的產品及提高品質，並顧及高安全性的電池組，將是台灣具潛力與未來性的明星產業。

工研院引用研究機構彭博新能源財經預估，2025 年全球電動車累計銷售量將超過 1,100 萬輛，2030 年將突破 3,000 萬輛。台灣目前正推動公車全面電動化，工研院已協助電巴公司率先建置第 1 條動力電池雷銲產線，每年可生產約 30 輛的電巴用鋰電模組，產線正式進入試產，未來加上雷銲儲能電池合作聯盟，可望在國內打造更具規模的產業生態鏈，搶攻未來商機。

南京十朝歷史文化園

南京十朝歷史文化園 - 中華民國 (1912~1949)
姜朝鳳宗族部落格

南京紫禁山中山陵旁邊,設立一個免費的景點叫＜南京十朝歷史文化園＞。那裡豎立十根柱子,每根柱子代表一個建都南京的朝代清楚的刻著建國及亡國的時間。

第一根柱子刻著是東吳（公元229～280）。第二根東晉（公元371～420）接下去依序是宋、齊、梁、陳、南唐、明。最後第二根是太平天國（公元1853～1864）。最後一根中華民國(1912~1949)。

南京十朝歷史文化園 - 中華民國 (1912~1949)

姜朝鳳宗族部落格  2014.02.24

南京紫禁山中山陵旁邊,設立一個免費的景點叫＜南京十朝歷史文化園＞。那裡豎立十根柱子,每根柱子代表一個建都南京的朝代清楚的刻著建國及亡國的時間。

第一根柱子刻著是東吳（公元229～280）。第二根東晉（公元371～420）接下去依序是宋、齊、梁、陳、南唐、明。最後第二根是太平天國（公元1853～1864）。最後一根中華民國(1912~1949)。

▲ 「中國民國朝」紀念柱 - 全圖

▲  十朝紀念柱 - 全景

▲ 「中國民國朝」紀念柱 - 全圖

高容量電池 掀研發熱潮

全球的國營公用事業與企業正掀起一波投資高容量電池熱潮，將在未來幾年改變再生能源市場，以更實用與經濟實惠方式儲存風能和太陽能電力，並能在需要時進行部署。

經濟日報提供

各國國營電力公司和企業正大舉採購這種體積比船運貨櫃還大的電池，其中一款是特斯拉（Megapack）上月推出的超大蓄電量電池Megapack，號稱儲存電力足以為舊金山的所有家庭供電6小時；太平洋瓦斯電力公司（PG&E）已計劃使用這款電池。

日本三菱日立電力系統公司（MHPS）也搶搭這股風潮，正為旗下的美國公司研發能儲存100萬度電的電池。蘇格蘭電力公司（ScottishPower）則計劃從2018年至2022年斥資72億美元在再生能源、電網升級和電池蓄電量上面。

分析師表示，對許多能源供應商而言，高容量電池以往是非常昂貴的投資項目，拖慢了再生能源成長。但能源顧問業者Wood Mackenzie表示，自2015年以來蓄電池的價格已跌約40%，鋰和釩這類電池關鍵原料的價格在過去幾年也已下滑。

這些高容量電池有助解決採用風電與太陽能長期面臨的問題，包括無風或多雲等天候因素可能降低風電與太陽能的可靠程度，以及缺乏有效儲存方式導致部分電力遭到浪費。

公用事業採用高容量電池，就能儲存風電和太陽能發電，好處是遇到天候狀況不佳或電力需求高峰時，仍能供電給消費者。

根據Wood Mackenzie，去年全球的公用事業布署了創紀錄的610萬度電的蓄電量，每天足以供應5萬戶家庭的電力；在2024年前，全球對高容量電池的支出預計成長六倍至710億美元。

2019-08-13 00:17經濟日報 編譯洪啟原／綜合外電

用奈米碳管轉換太陽能「廢熱」，理論轉換效率可望達 80%

太陽能板無法轉換所有的光，像是矽晶太陽能就只能吸收近紅外光、可見光及紫外光，波長較長的紅外光則完全無法吸收，其餘能量會轉為熱，而最近美國萊斯大學研究指出，透過神奇材料奈米碳管，我們可將太陽能「廢熱」轉換成電池能吸收的窄頻寬光線，進而將轉換效率提高至 80% 以上。

提升太陽能轉換效率並不容易，目前太陽能技術大多以轉換可見光為主，紅外光時常被忽略進而浪費，也因為矽晶物理特性，只能將等同於近紅外光的較低能量轉換成電，其餘轉為熱，因此太陽能理論轉換效率最高僅 29.3% 左右。

因此有不少科學家為了提高轉換效率，不是改用其他光電材料，就是都希望能將紅外光轉換成太陽能板可吸收的光譜，而美國萊斯大學的方法也差不多，他們看好太陽能產生的「熱」，想要利用奈米碳管將廢熱再利用，進而提升太陽能板性能。

簡單來說，他們想捕捉太陽能板產生的熱輻射：「熱光子（Thermal photons）」，萊斯大學材料科學與奈米工程系教授河野淳一郎（Kono Junichiro）指出，熱光子是物體散發出來的紅外線，就好比如果人們用熱成像來觀察某物體，就會發現他們正在發光，相機就是在捕捉這些光子。

幾乎所有的熱輻射都是由不同頻率的紅外線組成，但就如同上面所說，目前的太陽能板無法轉換所有的紅外線，河野教授指出，通常熱輻射為寬波段，團隊得將光轉換成較窄的波段，才能加以利用。

對此萊斯大學團隊為了捕捉太陽能板產生的中波紅外光，研製出晶圓般薄的奈米碳管薄膜，其中奈米碳管導電性、導熱性、材料強度都比矽還要高，可承受 700 度高溫，自 1991 年發現至今，它一直都是備受矚目的神奇材料之一，能在電晶體、鋰離子電池、超級電容、太陽能蒸餾等等的研究中發現它們的身影。

▲ 奈米碳管薄膜的掃描電子顯微鏡（SEM）圖片

在該研究中，團隊在有如晶片大小的奈米碳管薄膜上刻出亞微米級模槽，電機工程助理教授 Gururaj Naik 表示，奈米碳管吸收熱光子後，就能加以控制，再傳變成窄頻寬光線。簡言之，熱光子可以從任何入口進來，但出口只有一個。

團隊並不是直接將熱能轉換成電，而是將熱能轉換成光，最後再用來發電，Naik 表示，透過壓縮並轉換熱能，將能提高轉換效率，理論上轉換效率可高達 80%。

理論轉換效率高達 80% 聽起來是種天方夜譚，但這也不是第一個對奈米碳管寄予重望的團隊，美國太陽能公司 NovaSolix 公司希望可運用奈米碳管與整流天線（rectifying antenna）技術來打造全新的太陽能板，整流天線可以將無線電波與紅外光轉換成直流電，因此善加利用整流天線的特性，並結合奈米碳管技術，或許能突破極限來吸收可見光，其理論轉換效率甚至可達到 90%。

而未來這兩種技術是否真的能抵達如此瘋狂的境界，還需要再進一步觀察。