2022年8月28日 星期日

美中歐 未來儲能三大市場

 

美中歐 未來儲能三大市場

市場研究機構Bloomberg New Energy Finance發布的《2021 Global Energy Storage Outlook》報告指出,2020年全球電池儲能系統累積安裝量為17 GW/34 GWh,預估至2030年將增長至385 GW/1028 GWh。

其中定置型儲能系統將呈現爆發性成長,約可吸引約2620億美元的投資。由於美國政府於2021年底通過「重建美好未來法案」將再生能源投資稅收抵免(ITC)延長10年,將刺激太陽光電+儲能電廠興建潮,進一步帶動儲能系統龐大需求,預計儲能裝置在2030年達到100GW,美國仍占據市場領頭羊的腳色。

中國已宣示將在2060年實現碳中和,且2020年儲能裝置量已突破GW門檻,目前政府訂定2025年裝置規模達到30 GW的目標;中國將在未來成為全球第二大市場。上述所提光是中國跟美國便將占全球設置量的一半以上,而其他主要國家市場還包括德國、英國、印度、澳洲、和日本。

從區域來看,到2030年亞太地區的累積設置量(GW)將領先其他地區,但美國儲能設施通常擁有較長的儲能時數,故以GWh估算的設置量美洲將位居第一;最終美國、中國和歐洲在2030年的儲能市場合計占比將高達80%。

鋰電池技術拿下90%市占

近年來為減少人類對石化及煤碳燃料的依賴、降低污染排放、減緩全球暖化問題,因此各種電動車、太陽能與風力等再生能源成為世界各先進國家發展的重點。由於鋰電池正負極材料種類豐富,能在不同使用情境下展現出優異的特性,很快便打敗其他儲能技術脫穎而出;以當前儲能市場發展來看,在2020年起鋰電池產品已占有九成以上市占率。市場研究機構Yole Developpement報告預估,2026年全球鋰電池市場規模將達1056億美元,2020~2026年平均複合成長率為31%。而各種鋰電池應用中又以電動車市場占比最高達88%,且預估2026年市場規模將達860億美元。

鋰電池技術未來發展的重點:使用壽命、能量密度與材料成本。鋰離子電池正極是鋰與不同金屬的複合氧化物,如磷酸鐵鋰(LFP),鈦酸鋰(LTO),錳酸鋰(LMO),鈷酸鋰(LCO)、鎳鈷錳酸鋰(NMC)、鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等,負極材料主要為石墨或鈦酸鋰,電解質使用LiPF6、Li[N(CF3SO2)2]等鋰鹽有機溶液,表一顯示各類鋰電池主要應用領域與代表性製造商。因使用正極材料不同,在不考慮電池系統設計影像下,成本、體積能量密度、重量能量密度、充放電速率、充放電循環使用壽命、安全性、可使用溫度區間各有優劣勢。在眾多材料中以磷酸鐵鋰、鈦酸鋰兩種電池使用壽命較長,而鎳鈷錳酸鋰與鎳鈷鋁酸鋰電池優點是能量密度較高,且能利用量產技術降低成本,目前分別為製造商技術研發重心,預計將在未來脫穎而出成為主要材料。

鋰電池供應商 三家獨大

由於鋰電池已成為儲電技術的首選,吸引了眾多廠商投入技術研發、產品製造與系統整合業務;目前以中國、日本、韓國主要掌握鋰電池供應鏈,市占率前三大公司為LG Energy Solution、寧德時代(CATL)、Panasonic合計達68.9%。未來若三家廠商針對鋰電池技術有突破性發展,將會在現有的市佔基礎下快速發展成獨大局面。

全球儲能產業鏈發展趨勢:電池製造商正往儲能系統整合商靠攏,產業鏈將會走向寡占及客製化。電池儲能產業可分為「電池」、「電力轉換系統」、「能源管理系統」與「儲能系統整合」等四大類。其中「電池」包含電池材料、電池芯、電池管理系統製造商和電池模組組裝商;目前電池廠商都幾乎只生產鋰電池。而「電力轉換系統」則涵蓋設備及IGBT、電阻器、驅動電路板、功率轉換器、濾波電容器、斷路器等組件製造商。

「儲能系統整合」商是將各模組和軟體整合成可安裝於不同電網應用的儲能產品。因太陽能儲能需求,LG Energy Solution與寧德時代等大型電池製造商已將在往儲能系統商整合端靠攏如圖五,導致市場競爭日趨激烈與利潤快速下滑;部分系統整合商退出市場或轉往利基領域發展。如美國儲能領導廠商NEC Energy Solutions宣布放棄營運:GE Energy Storage、Doosan GridTech、IHI Terrasun、Energport、RES等業者則專攻小規模但高利潤專案。

另外有部分系統商在美國等價格敏感市場導入低成本解決方案,推出低價鋰電池儲能產品。預期在未來整體儲能市場將邁向大廠寡占加客製化兩種模式並存。

台灣儲能政策加持 推動產業邁大步

過去幾年台灣推動綠能建設方向仍偏重發電端,且因「再生能源發展條例」並未納入儲能,在缺乏誘因下導致我國儲能市場發展緩慢。此情況近期已有改變,2021年經濟部責成台電於2025年達成設置1GW儲能容量目標;且在2022年303大停電引發各界撻伐缺電聲浪,於是經濟部將儲能目標量提升至1.5GW,新增 500MW將建置與太陽光電案場結合的儲能系統。其中160MW由台電自建,剩餘840MW將釋出給民間業者,台電再透過電力交易市場採購、調度其儲能電力。

台灣目前儲能四大領域中投入研發的廠商,由於台灣儲能市場需求大於供給,業者提供的儲能服務多能依據公告價格進入交易獲利穩定,預期可創造龐大的商機。

因此,吸引研華、廣錠、華立、台泥等企業投入儲能市場,今年截至目前儲能輔助服務申請案有228件,已併網12件,併網量38.3MW。

台達電子上下游布局完整

台達電子儲能產品線齊全,並能提供整體解決方案的建置服務。不僅自有品牌儲能產品已銷往歐、美、日等地區,且在海外有超過20個儲能系統的建置經驗。台達是第一家完整通過台電的dReg0.25、dReg0.5及sReg等三種不同調頻備轉能力測試的合格廠商,能夠進入難度最高、功率輸出更精準的調頻備轉市場,2021年儲能與充電樁業務占台達電子總營收10%。

康舒積極儲能案場開發

康舒主攻儲能案場開發,預計在2023年正式上線穩定提供儲能自動頻率控制(AFC)輔助服務。另外,在新能源事業方面,目前全台投資建置近150MW電廠中已有91MW併網發電,預計2023年 Q1可再增加45MW併網容量,累計達136MW併網發電,持續朝目標500MW發電容量邁進。在售電方面,截至目前已轉供超過500萬度綠電,2022年第三季與將新簽1200萬度綠電契約,預計全年售電將超過3,500萬度。

台泥抓準綠能商機拚轉型

台泥針對儲能系統發展需求,投入1.32億歐元(約新台幣44.7億元)收購歐洲儲能公司NHOA,一躍成為全球儲能系統建置容量第四大的公司,與Fluence、NEC和特斯拉(Tesla)等頂尖企業並駕齊驅。目前NHOA加上台泥的儲能團隊,合計已逾300人,成員國籍多達25~30國家。此外,NHOA已取得澳洲南部Synergy授權200MWh的儲能案場。在國內儲能需求,台泥投資55億元新台幣,在蘇澳廠和花蓮和平兩座水泥廠區,各建置87.5MWh及250MWh的大型儲能系統,預計將成為全台容量最大的儲能案場。

在儲能系統上游的電池發展,台泥高雄三元能源科技預計在2023年營運,預計產能為1.8GWh,相當於年生產約2萬4,000輛電動汽所需長程電池量。

台塑追求電池芯自製

台塑集團投資成立台塑新智能科技公司從鋰鐵正極材料、電解液、鋰電銅箔、隔離膜用PP等,材料自製率已逾70%,追求電池芯自製。同時,台塑新智能科技公司另外轉投資台塑尖端能源科技公司,規劃將於彰濱工業區,建構面積6.1公頃的綠能生產基地,初期將先分別設置2.1GWh鋰鐵電池芯廠與模組廠,預計於2024年上半年完工量產,後續再視發展狀況,投入第二期擴建,目標將電池芯與模組產能分別提升至5GWh。

2022年8月22日 星期一

日教授研發超狂電動車電池!採「分子結晶」為介質,充電速率猛增 2800 倍

 

作為電動車的動力來源,如何研發出完美的電池?

在發展電動車時固然會有許多挑戰,無論是技術層面或是法規層面均有需要克服的難題。

而其中一項巨大挑戰即是電池,因為電池是驅動電動車的主要動力,若是沒有穩定、良好的電池就難以運作,因此目前在電動車開發中有許多與電池相關的問題尚待改善,包含充電時間、電池續航力、充電站的分布範圍、充電裝置的相容性、電池原料供需與回收問題等。

目前主流的電動車電池是鋰離子電池(lithium-ion battery),其具備能量密度高(energy density)、開路電壓高(open-circuit voltage)、充放電速度快、輸出功率大、可隨時充放電、適用溫度範圍廣等優點,但也有不耐過放過充、回收率低、怕高溫、需要多重保護機制以免因錯誤使用而起火爆炸

儘管與之前相比,車用鋰離子電池的穩定性已大幅提升,但業界仍希望可以提升安全性與充電速度。因此,除了繼續改良鋰離子電池,業界也開始研發是否有其他種類的電池更適合用於電動車。

日本最新研究:採分子結晶作為介質的固態電池

日本東京工業大學專任教授一杉太郎與其團隊研發出可用於全固態電池(all-solid-state battery)的電解質分子結晶,比以往用於全固態電池的介質在低於零度的低溫環境下運作成效更佳,因此增加了實際運用的可能。

這個分子結晶介質成分由雙氟磺醯亞胺鋰(LiFSA)與丁二腈(SN)組成,在常溫環境和低溫環境的表現良好,且製作流程也十分容易。此介質冷卻到室溫下即可獲得單晶,加熱後即恢復成液態,這樣全新性質的電解質有望在電動車產業帶來變革。

全固態電池將為電動車電池掀起怎樣的變革?

不過,全固態電池應用到電動車的話會有什麼樣的改變?

首先是改變充電速度,有別於鋰離子電池採用電解液作為介質,為避免在充放電中引發起火風險,必須加入隔離膜(separator),或多或少會影響傳導速度。

而全固態電池採用的介質不是液態,因此就無需隔離膜再加上是分子型態,傳導速度更快,因此提升了充電速度。根據日經報導,充電時間可以縮短至 2800 分之 1。再來是提高安全性,固態介質就不像電解液一樣容易因接觸空氣或受溫度影響而短路起火,因此更為安全。

此外,鋰離子電池目前不僅在電動車且在手機、電腦等電池也廣泛運用,因此面臨到製程速度跟不上需求的問題且有原料耗盡的隱憂。因此若全固態電池可以正式啟用,亦可改善這類問題。

未來若能實際將全固態電池運用在電動車上,即可帶來更加安全且充電速度更快的電池。如此一來就能吸引消費者選擇電動車,提高普及率藉此為減碳貢獻更多心力。

科學家研發「紙電池」與AA鹼性電池一樣強大,可生物分解而且還很便宜

 文:Сергей Хуан

一種新研發、由水來活化的可拋棄式紙電池(paper battery),將對一次性的電子產品產生巨大的影響。這些用於醫療或工業領域上的暫時性器具所產生的電子廢棄物,通常很容易就累積起來。

短小精幹

研究人員所展示的電池具生物可分解性、由永續材料所製成、組裝起來也很便宜。而且,它能夠根據需求製成各種形狀與大小。

如果要說明其功率的話,使用這項科技而打造出來的兩單元電池組,已足夠驅動一台液晶顯示器鬧鐘。雖然它短時間還沒有辦法對你的筆電充電,但是已經對低功率感應器與追蹤器具有很多潛力。

研究人員在他們發表的論文中寫到:「我們研發了印刷出來的紙電池,用來提供一次性可拋式電子產品電力,並且最小化它們對環境的影響。這個電池是基於一種金屬空氣電池,其使用鋅作為陽極中的生物可分解金屬,陰極中使用石墨,紙作為兩極間的分隔器、以及以水為基底的電解質。」

組成與活化

這個電池組由氯化鈉鹽的擴散紙所製成,可以只有一平方公分大,且是以印刷墨水為基礎。其中一種墨水包含石墨片,用作為陰極(正極端);而在紙另一端的墨水包含了鋅粉末,用作為陽極(負極端)。

第三種墨水是由石墨片與碳黑所構成,印在紙的兩端,在其他兩種墨水之上,將正極與負極端連到兩條電線上。這些電線是接在紙的各一端,浸在蠟中。

接著所需要的就是小量的水,少至兩滴。這會溶解紙中的鹽,釋放出帶電的離子,而當離子移動時,就會活化電池。藉由將電線接到電子設備上,會形成封閉迴路,意指電子能從負極端運輸至正極端。

紙電池由氯化鈉鹽的擴散紙所製成,其中一種墨水包含石墨片,用作為陰極(正極端);而在紙另一端的墨水包含了鋅粉末,用作為陽極(負極端)。
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圖片來源:Poulin et al., Scientific Reports, 2022
紙電池的作用機制(a)與結構介紹(b)。在添加水數十秒後,電池開始產生電力(c)。

在穩定1.2伏特的電壓下,這個紙電池相當於標準AA鹼性電池在1.5伏特下的表現程度。根據研究團隊所進行的實驗,在添加水約20秒之後,電池開始產生電力。

研究人員寫到:「根據實驗展示,儘管與當前技術相比能量密度有限,但是我們的電池仍然適用於廣泛的低功率電子設備,以及物聯網生態系統。」

最佳化的目標

雖然隨著時間過去,紙會乾掉,然後電池表現下降,但是它可以在一定程度之下補充更多的水。在多餘的水之下,在第一次被活化兩小時後,電池仍然能夠產生0.5伏特的電壓。

目前,這很大程度上是一項概念驗證(proof-of-principle)的研究,但是在論文中所描述的電池並不會過於複雜而難以製造。研究人員說未來他們想要改善電池的效率,讓它運作得更久。

研究人員說:「隨著人們對電子垃圾問題,以及用於像是環境感測與食物監測等用途上的一次性電子產品的意識上升,對環境影響較低的電池需求正在成長。這種從效率指數表現傳統導向發生的改變,為非傳統材料與其設計創造了新機會,能夠在電池表現與環境影響之間取得平衡。」

日本發明,但中國企業率先量産可彎曲太陽能面板

 中國初創企業在新型太陽能電池的大型面板領域啟動了世界首次量産。這是薄且可捲曲的「鈣鈦礦型」電池,雖然製造成本達到現有光伏面板的3倍,但將來有可能降至矽型的一半。設想用於智慧手機。這是原本由日本研究人員等開發的技術,由於日本國內電子大型企業對於新投資持消極態度,中國在量産方面領跑。

    

      中國的大正微納科技投入8000萬元,7月在江蘇省以年産能為10兆瓦的生産線啟動了量産。將生産寬40厘米、長60厘米的適合量産的大型面板,在切割之後向中國智慧手機和平板電腦企業等供貨。到2023年將投入2億元,將産能提高至100兆瓦。大正微納科技首席技術官(CTO)李鑫接受採訪時透露了上述情況。


 這項技術于2009年由日本桐蔭橫濱大學的特聘教授宮坂力等人發明。轉換效率目前約為10%,僅為矽型的一半左右,但可用於牆壁、窗戶和汽車等各種場所。工程簡單,容易降低製造成本,作為去碳化的王牌,還被視為諾貝爾獎候選。雖然此前已出現傳感器用等小型電池,但大型的量産屬於首次。

   

      在太陽能電池領域,京瓷和夏普等日本企業曾有優勢,但價格競爭導致盈利惡化,縮減了業務,結果中韓企業掌握了開發的主導權。李鑫是此前曾在宮坂身邊學習的技術人員,返回中國後繼續展開研究。宮坂力也在開發方面提供了支援。

    

       鈣鈦礦型電池除了代替矽型之外,還可以借助印表機打印的文字發電、塗在汽車上將整個車體變為太陽能電池,有望通過開拓全新的用途,廣泛普及。

   

       印度調查公司Astute Analytica預測稱,鈣鈦礦型電池的世界市場將自2022年起,以年均29%左右的速度增長,到2027年將達到20億美元以上。

https://zh.cn.nikkei.com/china/ccompany/49239-2022-07-19-00-57-37.html

2022年8月18日 星期四

全固態電池將為電動車電池掀起怎樣的變革?

日教授研發超狂電動車電池!採「分子結晶」為介質,充電速率猛增 2800 倍

 電動車的時代來臨,由於能源消耗與氣候變遷問題日趨嚴峻,各國紛紛發展許多節能減碳的政策,而電動車就是其中一項重點發展項目。因應氣候變遷的速度加快,各國投入了更多心力在電動車發展,希望可以比原先計畫提前全面採用電動車。

作為電動車的動力來源,如何研發出完美的電池?

在發展電動車時固然會有許多挑戰,無論是技術層面或是法規層面均有需要克服的難題。

而其中一項巨大挑戰即是電池,因為電池是驅動電動車的主要動力,若是沒有穩定、良好的電池就難以運作,因此目前在電動車開發中有許多與電池相關的問題尚待改善,包含充電時間、電池續航力、充電站的分布範圍、充電裝置的相容性、電池原料供需與回收問題等。

目前主流的電動車電池是鋰離子電池(lithium-ion battery),其具備能量密度高(energy density)、開路電壓高(open-circuit voltage)、充放電速度快、輸出功率大、可隨時充放電、適用溫度範圍廣等優點,但也有不耐過放過充、回收率低、怕高溫、需要多重保護機制以免因錯誤使用而起火爆炸

儘管與之前相比,車用鋰離子電池的穩定性已大幅提升,但業界仍希望可以提升安全性與充電速度。因此,除了繼續改良鋰離子電池,業界也開始研發是否有其他種類的電池更適合用於電動車。

日本最新研究:採分子結晶作為介質的固態電池

日本東京工業大學專任教授一杉太郎與其團隊研發出可用於全固態電池(all-solid-state battery)的電解質分子結晶,比以往用於全固態電池的介質在低於零度的低溫環境下運作成效更佳,因此增加了實際運用的可能。

這個分子結晶介質成分由雙氟磺醯亞胺鋰(LiFSA)與丁二腈(SN)組成,在常溫環境和低溫環境的表現良好,且製作流程也十分容易。此介質冷卻到室溫下即可獲得單晶,加熱後即恢復成液態,這樣全新性質的電解質有望在電動車產業帶來變革。

全固態電池將為電動車電池掀起怎樣的變革?

不過,全固態電池應用到電動車的話會有什麼樣的改變?

首先是改變充電速度,有別於鋰離子電池採用電解液作為介質,為避免在充放電中引發起火風險,必須加入隔離膜(separator),或多或少會影響傳導速度。

而全固態電池採用的介質不是液態,因此就無需隔離膜再加上是分子型態,傳導速度更快,因此提升了充電速度。根據日經報導,充電時間可以縮短至 2800 分之 1。再來是提高安全性,固態介質就不像電解液一樣容易因接觸空氣或受溫度影響而短路起火,因此更為安全。

此外,鋰離子電池目前不僅在電動車且在手機、電腦等電池也廣泛運用,因此面臨到製程速度跟不上需求的問題且有原料耗盡的隱憂。因此若全固態電池可以正式啟用,亦可改善這類問題。

未來若能實際將全固態電池運用在電動車上,即可帶來更加安全且充電速度更快的電池。如此一來就能吸引消費者選擇電動車,提高普及率藉此為減碳貢獻更多心力。

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方便性、能量密度、安全性、應用場景等各方面表現都更優異的奈米液流電池最終能打敗鋰電池嗎?

  當莫妮卡開著她的電動車前往母親家時,車上的電池指示器顯示需要重新充電。她在一個充電站停下來,在加油站刷了信用卡,把噴嘴插入車內,並在5分鐘內將400升用過的奈米液體換成新的。在她等待的過程中,一輛油罐車開過來為充電站補充燃料,交換數萬升充滿電的燃料。莫妮卡關上她的電動車的加油...