軍方技術走入民間～這套超輕便軟性外骨骼有「電動肌肉」 要讓老人行動更靈敏 影／軍方技術走入民間～這套超輕便軟性外骨骼有「電動肌肉」 要讓老人行動更靈敏 ▲Superflex 以與軍方合作時開發的技術，開發次世代動力服。（圖／翻攝自 Digital Trends） 2017-10-27 14:59:40 陳建鈞／綜合報導 隨著人口高齡化日益加劇，老人看護是已開發國家亟待解決的重要問題，不過，在花費人力照顧外，或許以技術賦予老人獨力生活的能力，也是另一項選擇；外骨骼公司 Superflex 就基於與美國軍方合作時開發的技術，打造同名軟性外骨骼，協助老人日常生活。 ▲Superflex 目標要讓老人擁有自主生活能力。（影片／取自 YouTube，若遭移除請見諒） 比起外骨骼這樣的稱呼，用動力「服」來形容 Superflex 或許更加準確，服裝上六邊形的容器內，裝有 Superflex 的控制板、馬達及電池，並連接著一條條「電動肌肉」，提供肢體、腰部輔助力道，能協助老人起身、坐下。 ▲該公司原先與美國軍方合作開發的外骨骼。（圖／翻攝自 Digital Trends） ▲該動力服能協助老人起立、坐下。（圖／翻攝自 Tuvie） 根據《Digital Trends》報導，且不只要功能良好，該公司與設計師 Yves Behar 及其工業設計公司 Fuseproject 合作，目標讓 Superflex 穿起來兼具時尚感與舒適。 ▲六邊形的容器中，收納了內部的電子設備，並連接著一條條「電動肌肉」。（圖／翻攝自 Digital Trends） 年輕時要獨力處理日常事務可說輕而易舉，但隨著年紀增長、衰老，這些事逐漸成為一個挑戰；Superflex 起到的作用與外骨骼相同，提供穿戴者支持能力，輔助他們的日常生活，儘管該公司執行長 Rich Mahoney，再三強調 Superflex 與外骨骼是不同的。 ▲該公司執行長，要將柔軟的動力服變成穿戴式機械的嶄新分類。（圖／翻攝自 Digital Trends） 「人們已經被外骨骼的想法束縛住了，以為這是打造穿戴式機械的唯一手段。」Mahoney 表示，「外骨骼是一個巨大的框架，在設計時有很大的侷限性。」Mahoney 試圖以 Superflex 開創一個新的動力服分類。 該公司在 2016 年底時，從日本創投公司手中募得近 1 千萬美元資金進行研發，並預計在 2018 年中推出 Superflex；Superflex 希望能透過與 Fuseproject 的合作，發展這項技術，為市面上帶來一套功能、舒適兼具的嶄新動力服，提昇老年人的生活品質。

軍方技術走入民間～這套超輕便軟性外骨骼有「電動肌肉」　要讓老人行動更靈敏

▲Superflex 以與軍方合作時開發的技術，開發次世代動力服。（圖／翻攝自 Digital Trends）

隨著人口高齡化日益加劇，老人看護是已開發國家亟待解決的重要問題，不過，在花費人力照顧外，或許以技術賦予老人獨力生活的能力，也是另一項選擇；外骨骼公司 Superflex 就基於與美國軍方合作時開發的技術，打造同名軟性外骨骼，協助老人日常生活。

▲Superflex 目標要讓老人擁有自主生活能力。（影片／取自 YouTube，若遭移除請見諒）

比起外骨骼這樣的稱呼，用動力「服」來形容 Superflex 或許更加準確，服裝上六邊形的容器內，裝有 Superflex 的控制板、馬達及電池，並連接著一條條「電動肌肉」，提供肢體、腰部輔助力道，能協助老人起身、坐下。

▲該公司原先與美國軍方合作開發的外骨骼。（圖／翻攝自 Digital Trends）

▲該動力服能協助老人起立、坐下。（圖／翻攝自 Tuvie）

根據《Digital Trends》報導，且不只要功能良好，該公司與設計師 Yves Behar 及其工業設計公司 Fuseproject 合作，目標讓 Superflex 穿起來兼具時尚感與舒適。

▲六邊形的容器中，收納了內部的電子設備，並連接著一條條「電動肌肉」。（圖／翻攝自 Digital Trends）

年輕時要獨力處理日常事務可說輕而易舉，但隨著年紀增長、衰老，這些事逐漸成為一個挑戰；Superflex 起到的作用與外骨骼相同，提供穿戴者支持能力，輔助他們的日常生活，儘管該公司執行長 Rich Mahoney，再三強調 Superflex 與外骨骼是不同的。

▲該公司執行長，要將柔軟的動力服變成穿戴式機械的嶄新分類。（圖／翻攝自 Digital Trends）

「人們已經被外骨骼的想法束縛住了，以為這是打造穿戴式機械的唯一手段。」Mahoney 表示，「外骨骼是一個巨大的框架，在設計時有很大的侷限性。」Mahoney 試圖以 Superflex 開創一個新的動力服分類。

該公司在 2016 年底時，從日本創投公司手中募得近 1 千萬美元資金進行研發，並預計在 2018 年中推出 Superflex；Superflex 希望能透過與 Fuseproject 的合作，發展這項技術，為市面上帶來一套功能、舒適兼具的嶄新動力服，提昇老年人的生活品質。

翻開書本形象的薄膜太陽能電池，開始為你的電子產品充電

薄膜太陽能電池具有可摺疊、輕、薄、易攜帶等特性，工研院綠能所現在建立了一種新的塗覆印刷技術，成本較一般真空濺鍍技術還低、製程更短、並能更大量製造。研究人員李宙澄表示，他們希望將薄膜電池打造成「書本形象」，出門只要帶上這本「薄薄的書」讓它曬曬太陽，你就能隨時隨地為電子產品充電，不用再到處找咖啡館的插座了！
未來，像一本 B5 大小書籍的「太陽能行動電源」，將比你現在背包裡的行動電源還要輕、還要美觀、還要文藝，重量估計僅 300 克，上面附有一個 USB 轉接頭可為你的消費性電子產品充電。

這種非真空印刷、軟性基板為底的「輕量／可撓式 CIGS 薄膜太陽能電池」，具有 14.6% 的轉換效率，在充足光照下，3 小時就能將手機電量從零充到滿。工研院綠能所化合物太陽電池研究室研究人員李宙澄說，不同於外面 CIGS 薄膜太陽能電池採用的真空濺鍍技術成本較高，非真空印刷技術雖然轉換效率低了約 1%，但成本更低、製程更短、產量更高（4.6 L/日）、廢液量少。

結合軟性電子元件，電池具有輕、薄、可捲曲折疊、不易碎裂、易攜帶等特性，相較於印刷在玻璃基板的太陽電池，這種印刷在不鏽鋼基板上的電池有利於作為未來消費性電子產品的隨身充電器、穿戴裝置的電源供應等，也可朝智慧性織品、車用充電系統、輕量屋瓦、BIPV 等應用邁進。

在「2017 基隆城市產業博覽會」現場，這種太陽能電池則結合露天咖啡座的遮陽傘面，讓你一邊悠閒喝咖啡、一邊為你的手機充電。

其他應用了印刷式 CIGS 太陽電池的產品還有光合飛機、光合飛球、稱為「日巡」的空氣清潔飛行船等。光合飛機的市場鎖定在登山客上，是一種攜帶式太陽能電源裝置及緊急救援設備，如果登山客不幸迷失在深山裡，可以用手機藍牙無線遙控光合飛機，做為訊號延伸的求救工具，透過飛機的燈光變化將定位資訊傳遞出來。

▲ 光合飛機。

光合飛球也可達到救難求生效果，透過人工方式將氣球吹滿，再透過氣壓差異為飛球提供動能。

▲ 光合飛球。

空氣清潔飛行船「日巡」則結合 CIGS 太陽電池的輕薄性、可撓性，做為輔助能源供應協助空氣淨化機飛行。

▲ 空氣清潔飛行船「日巡」

借用蝴蝶的翅膀結構，科學家開發高效薄膜太陽能電池板

由於具比傳統晶體太陽能電池還輕、易於延展等優點，越來越多科學家開始將目光集中在薄膜太陽能電池，美國加州理工學院團隊最近更透過模仿一種蝴蝶翅膀的結構，提高薄膜太陽能電池的效率，應用在電池板上的話，可比傳統的太陽能電池板吸收多 2~3 倍的陽光量，吸收光照的時間也可拉長。科學家常借用昆蟲的身體構造來改進太陽能電池，之前有史丹佛大學團隊取材昆蟲的複眼結構研發新鈣鈦礦太陽能電池，有美國國家實驗室效法蛾的眼睛設計奈米分層結構的太陽能板，現在，有加州理工學院團隊利用蝴蝶翅膀上的構造來提升薄膜太陽能電池的效率。

這種蝴蝶稱為紅珠鳳蝶（Pachliopta aristolochiae），別名七星蝶、紅紋鳳蝶、紅腹鳳蝶，廣泛分布於東亞地區，包括台灣、巴基斯坦、印度、尼泊爾、斯里蘭卡、緬甸、泰國、越南，柬埔寨、印尼、菲律賓、馬來西亞等地，特徵為體背黑色，腹部側面及尾端密生紅毛，前、後翅呈黑色，翅脈、脈紋及翅緣呈灰白或棕褐色等。

研究作者 Radwan Siddique 說，他偶然發現蝴蝶翅膀上隨機分布著尺寸、形狀都不規則的晶格結構，於寒冷的季節幫助蝴蝶調節並保存體溫，因此引發他的興趣。將標本放在電子顯微鏡下掃描後，他看到這些奈米晶格結構的開口小於 1 微米，可以不同的角度散射和吸收不同波長的光，也因此，這種蝴蝶翅膀的顏色才比其他種類還要黑。

多數太陽能電池板的晶體電池須以一定角度定位，好直面太陽以產生最多能量，且一天當中只有幾個小時可產生電力。但將這種蝴蝶翅膀的小孔結構應用到薄膜太陽能電池後，由於小孔大大增加了光從極端角度照進來的吸收量，因此較之前的太陽能電池板吸收高出 2~3 倍的光，且接收陽光的時間也拉長了，電力可以產出更多。

以往，薄膜太陽能電池因效率較低，多應用於手錶等小型電子產品，現在只要在電池上多加幾個不規則小孔，就能創造出更便宜且可擴展的高效薄膜太陽能電池板；更重要的，創造這些小孔的過程非常容易，只要 5~10 分鐘就大功告成。研究已發表在《科學先端》（Science Advances）期刊。

傷口照護四要點，請務必要學起來

 游懿聖 醫師

每天門診，總是會有好幾位外傷的患者來求診，他們有個共同的特色：皮肉的小外傷已經好幾天，自己擦藥換藥，傷口卻不見好轉，有的還越來越腫痛。

在這裡，把照顧皮肉小傷的重要原則整理一下，分享給大家。

傷口照護四重點：清創、上藥、包紮、更換，請務必要學起來！


傷口照護第一步：清創

清創，光用想的就覺得很痛，事實上，也真的很痛。

然而在我的門診中，傷口照顧不好，最常見的原因，就是清潔不當。

可能因為很痛，所以來門診的患者，通常上藥時都小心翼翼的，不敢直接清潔傷口，一天又一天下來，傷口上面累積了上次擦的藥膏、硬掉的血塊、乾掉的組織液，層層堆疊在傷口上，這些廢棄物，其實會阻礙皮膚新生，延緩傷口收口的時間。

我們可以把破損的皮膚，想成是柏油路上的一個坑洞，今天要把坑洞補滿，第一步驟，就是先把坑洞內的雜物移除。假如今天坑洞內，堆滿了廢棄輪胎、施工號誌、玻璃碎片，堆得都滿出坑洞了，這個坑，是無法直接鋪柏油的；所以要填坑之前，需要先把廢棄物移除，然後再補土、填沙，最後再鋪上柏油。

皮膚破損也是類似的道理，假如今天傷口上面滿布著廢棄物，皮膚細胞也無法直接翻山越嶺的生長過去，所以傷口照護的第一步，就是妥善的清創。

清創請用無菌棉棒，以無菌生理食鹽水沾濕，由內往外，把舊的藥膏、黑黑的血塊、連同黃色的組織液都清除。記住，用沾濕的棉棒慢慢清洗傷口。

有時候傷口太乾，並不是因為皮膚已經長好了，而是因為傷口上面覆蓋了乾掉的組織液，這時候，可以先用浸濕的紗布覆蓋傷口，也就是利用紗布濕敷傷口，大約十分鐘之後，等到乾涸的傷口表面都軟化了，再開始用棉棒清創。

大部分患者，對傷口要清潔到甚麼階段，往往感到很困惑，這時候，我會示範給他看，傷口清潔到甚麼階段，才叫乾淨的傷口，其中的大原則是：清潔傷口到沒有看到白色的藥膏、黑色的血塊，傷口床呈現粉紅色的時候，就可以說是一個乾淨的傷口。

由於傷口深淺不一，有的還會合併感染，所以建議外傷的第一時間，可以先找住家附近的醫療院所幫忙評估傷口，以及教導傷口護理的方法。

下方是跌倒後清創前後的照片。

有的傷口，會合併一些纖維組織附著，一時之間無法全部移除，這就需要居家換藥時，自己也做好一定程度的清創，每天一、兩次，清潔傷口，才能讓傷口快點癒合。

傷口照護第二步：上藥

最痛苦的清創結束，第二步驟就輕鬆許多，傷口照護的第二步驟是：上藥。

每個傷口深淺不一，組織液滲出的情形不同、合併的感染程度也不同，因此，傷口用藥，請在醫師建議下使用。

我曾經在門診中，遇過一位患者，原本只是小小的擦傷，卻因為用到複合性藥膏、密封性敷料，發生嚴重的過敏反應，變成必須治療過敏，又要照顧外傷，讓後續的治療複雜許多。因此，傷口用藥請在醫師建議下使用，請不要誤信偏方，以免衍生出更多問題。

大部分的外傷上藥，請用乾淨的乾棉棒沾藥膏，在傷口上薄擦一層藥膏即可，不需要厚敷；但在少數情況，醫師會囑咐藥膏須厚敷，填滿傷口；甚至有些傷口，使用特殊的敷料，不需要再擦藥膏。所以傷口用藥原則，也請在醫師指導下施行。


傷口照護第三步驟：包紮

在門診，常常會看到有些患者，故意不包紮傷口，讓傷口裸露在空氣中，他們的一致說法是這樣的：

「傷口要乾燥才會收口，包住了會悶住傷口，所以我都不包。」

這是錯的！這是錯的！這是錯的！

傷口不是鹽酥雞，鹽酥雞包起來軟爛潮濕就風味盡失，至於傷口是需要保護的皮膚缺損，請用科學的方法來照顧。

傷口初期，需要白血球來吞掉外來的細菌及外來物，需要纖維母細胞移行、增生、進行修復，需要上皮細胞從傷口周圍移行、長出新的皮膚，這些步驟，都必須在濕潤的傷口床上，才能順利進行。傷口包覆紗布或敷料，可以保護傷口，免於環境中的各種細菌、病毒伺機性感染，如果敷料能提供傷口床一個濕潤又抑菌的環境，確實會縮短傷口癒合需要的時間。

當傷口的癒合條件良好，自然滲出液就減少，慢慢的傷口就會越來越乾爽，一直到新生的皮膚完全覆蓋好傷口，這時候的新生皮膚，才是真正的「乾燥」。

所以，一直聲稱傷口必須「乾燥」，所以堅持不包紮才能收口的說法，是倒果為因的謬誤。

包紮傷口，請用滅菌過的紗布覆蓋，邊緣再用紙膠固定；有些特殊傷口，醫師會建議其他的敷料，也請在醫師評估、教導過後再使用。

照護傷口第四步驟：更換

上面提到，濕潤的傷口床，有利於組織新生、傷口癒合，然而潮濕悶熱的環境，也是細菌的溫床，所以勤換藥，也非常重要。（紅、腫、熱、痛別大意 – 蜂窩性組織炎）

一般的傷口，一天兩次換藥就足夠了，然而面對滲出液很多的傷口，或是不小心弄濕傷口，只要覆蓋在外層的敷料濕了，就請換藥。

當然，特殊的傷口，會有特殊的換藥方式，就不在此限，須以實際狀況的醫師建議為主。

看到這裡，很多人就會問：傷口可以碰水嗎？

如果是住在城市裡，有乾淨的自來水供應，那洗澡時淋濕傷口，問題不大，只要洗完澡後隨即換藥就好。然而，有些地方的民眾經常抽取地下水來當成家庭用水，有些需要下田耕作的農人，會接觸灌溉溝渠引來的水。

所以我通常都這樣教患者：盡量不要弄濕傷口，濕了就換藥，雖然會造成患者的不方便，但是對教育背景不一、居家水源不清楚的患者而言，叮嚀患者平常不要碰水，是臨床衛教傷口照護，簡單又有效的方法。

除了洗澡之外，泡澡、游泳、泡溫泉，基於避免傷口感染的前提，都不建議。

記住照護傷口的四步驟：清創、上藥、包紮、更換，可以讓傷口早日癒合。

傷口照護四要點，請務必要學起來

 游懿聖 醫師

每天門診，總是會有好幾位外傷的患者來求診，他們有個共同的特色：皮肉的小外傷已經好幾天，自己擦藥換藥，傷口卻不見好轉，有的還越來越腫痛。

在這裡，把照顧皮肉小傷的重要原則整理一下，分享給大家。

傷口照護四重點：清創、上藥、包紮、更換，請務必要學起來！


傷口照護第一步：清創

清創，光用想的就覺得很痛，事實上，也真的很痛。

然而在我的門診中，傷口照顧不好，最常見的原因，就是清潔不當。

可能因為很痛，所以來門診的患者，通常上藥時都小心翼翼的，不敢直接清潔傷口，一天又一天下來，傷口上面累積了上次擦的藥膏、硬掉的血塊、乾掉的組織液，層層堆疊在傷口上，這些廢棄物，其實會阻礙皮膚新生，延緩傷口收口的時間。

我們可以把破損的皮膚，想成是柏油路上的一個坑洞，今天要把坑洞補滿，第一步驟，就是先把坑洞內的雜物移除。假如今天坑洞內，堆滿了廢棄輪胎、施工號誌、玻璃碎片，堆得都滿出坑洞了，這個坑，是無法直接鋪柏油的；所以要填坑之前，需要先把廢棄物移除，然後再補土、填沙，最後再鋪上柏油。

皮膚破損也是類似的道理，假如今天傷口上面滿布著廢棄物，皮膚細胞也無法直接翻山越嶺的生長過去，所以傷口照護的第一步，就是妥善的清創。

清創請用無菌棉棒，以無菌生理食鹽水沾濕，由內往外，把舊的藥膏、黑黑的血塊、連同黃色的組織液都清除。記住，用沾濕的棉棒慢慢清洗傷口。

有時候傷口太乾，並不是因為皮膚已經長好了，而是因為傷口上面覆蓋了乾掉的組織液，這時候，可以先用浸濕的紗布覆蓋傷口，也就是利用紗布濕敷傷口，大約十分鐘之後，等到乾涸的傷口表面都軟化了，再開始用棉棒清創。

大部分患者，對傷口要清潔到甚麼階段，往往感到很困惑，這時候，我會示範給他看，傷口清潔到甚麼階段，才叫乾淨的傷口，其中的大原則是：清潔傷口到沒有看到白色的藥膏、黑色的血塊，傷口床呈現粉紅色的時候，就可以說是一個乾淨的傷口。

由於傷口深淺不一，有的還會合併感染，所以建議外傷的第一時間，可以先找住家附近的醫療院所幫忙評估傷口，以及教導傷口護理的方法。

下方是跌倒後清創前後的照片。

有的傷口，會合併一些纖維組織附著，一時之間無法全部移除，這就需要居家換藥時，自己也做好一定程度的清創，每天一、兩次，清潔傷口，才能讓傷口快點癒合。

傷口照護第二步：上藥

最痛苦的清創結束，第二步驟就輕鬆許多，傷口照護的第二步驟是：上藥。

每個傷口深淺不一，組織液滲出的情形不同、合併的感染程度也不同，因此，傷口用藥，請在醫師建議下使用。

我曾經在門診中，遇過一位患者，原本只是小小的擦傷，卻因為用到複合性藥膏、密封性敷料，發生嚴重的過敏反應，變成必須治療過敏，又要照顧外傷，讓後續的治療複雜許多。因此，傷口用藥請在醫師建議下使用，請不要誤信偏方，以免衍生出更多問題。

大部分的外傷上藥，請用乾淨的乾棉棒沾藥膏，在傷口上薄擦一層藥膏即可，不需要厚敷；但在少數情況，醫師會囑咐藥膏須厚敷，填滿傷口；甚至有些傷口，使用特殊的敷料，不需要再擦藥膏。所以傷口用藥原則，也請在醫師指導下施行。


傷口照護第三步驟：包紮

在門診，常常會看到有些患者，故意不包紮傷口，讓傷口裸露在空氣中，他們的一致說法是這樣的：

「傷口要乾燥才會收口，包住了會悶住傷口，所以我都不包。」

這是錯的！這是錯的！這是錯的！

傷口不是鹽酥雞，鹽酥雞包起來軟爛潮濕就風味盡失，至於傷口是需要保護的皮膚缺損，請用科學的方法來照顧。

傷口初期，需要白血球來吞掉外來的細菌及外來物，需要纖維母細胞移行、增生、進行修復，需要上皮細胞從傷口周圍移行、長出新的皮膚，這些步驟，都必須在濕潤的傷口床上，才能順利進行。傷口包覆紗布或敷料，可以保護傷口，免於環境中的各種細菌、病毒伺機性感染，如果敷料能提供傷口床一個濕潤又抑菌的環境，確實會縮短傷口癒合需要的時間。

當傷口的癒合條件良好，自然滲出液就減少，慢慢的傷口就會越來越乾爽，一直到新生的皮膚完全覆蓋好傷口，這時候的新生皮膚，才是真正的「乾燥」。

所以，一直聲稱傷口必須「乾燥」，所以堅持不包紮才能收口的說法，是倒果為因的謬誤。

包紮傷口，請用滅菌過的紗布覆蓋，邊緣再用紙膠固定；有些特殊傷口，醫師會建議其他的敷料，也請在醫師評估、教導過後再使用。

照護傷口第四步驟：更換

上面提到，濕潤的傷口床，有利於組織新生、傷口癒合，然而潮濕悶熱的環境，也是細菌的溫床，所以勤換藥，也非常重要。（紅、腫、熱、痛別大意 – 蜂窩性組織炎）

一般的傷口，一天兩次換藥就足夠了，然而面對滲出液很多的傷口，或是不小心弄濕傷口，只要覆蓋在外層的敷料濕了，就請換藥。

當然，特殊的傷口，會有特殊的換藥方式，就不在此限，須以實際狀況的醫師建議為主。

看到這裡，很多人就會問：傷口可以碰水嗎？

如果是住在城市裡，有乾淨的自來水供應，那洗澡時淋濕傷口，問題不大，只要洗完澡後隨即換藥就好。然而，有些地方的民眾經常抽取地下水來當成家庭用水，有些需要下田耕作的農人，會接觸灌溉溝渠引來的水。

所以我通常都這樣教患者：盡量不要弄濕傷口，濕了就換藥，雖然會造成患者的不方便，但是對教育背景不一、居家水源不清楚的患者而言，叮嚀患者平常不要碰水，是臨床衛教傷口照護，簡單又有效的方法。

除了洗澡之外，泡澡、游泳、泡溫泉，基於避免傷口感染的前提，都不建議。

記住照護傷口的四步驟：清創、上藥、包紮、更換，可以讓傷口早日癒合。

麻省理工開發「吐氧充電」電池，呼吸吐納間可儲數月電力

麻省理工學院團隊開發出一種會「呼吸」的液流電池，不僅能長時間儲存電力，儲存成本還僅為現有技術的五分之一，每千瓦時只要 20~30 美元。當電網對於間歇性再生能源（太陽能、風能）的電力輸出避之唯恐不及時，這種可充電電池有很大機會做為新的電力儲存設備。

風和太陽能具有難以置信的發電潛力，但它們有一個共同障礙，就是間歇性問題。這意味著有些日子它們能夠為整個城市提供電力，有些日子卻連一個村落的電力都無法供應。為了儲存這些能量，我們使用各式各樣的電池技術，雖然紙上出現許多突破、創新的理論，但實際影響卻很小，才讓特斯拉執行長伊隆‧馬斯克（Elon Musk）毫不留情嘲笑這些「創新」。對馬斯克而言，他的電池在市場霸占絕對優勢地位，雖然成本相比之下偏高昂。

最近，麻省理工學院研究團隊開發出一種新電池，工作原理非常簡單，卻是一個意外發現，為電池界帶來希望。他們第一時間就確定使用非常便宜且含量豐富的硫和水混和溶液為電池陽極（負極），但花了一段時間才找到便宜的氧化液態鹽溶液為陰極（正極）材料，最終創造出超低成本的可充電電池。

使用液態鹽溶液為陰極可重複吸收和釋放氧氣，當氧氣進入電池時，電子從陽極釋放至外部電路；而氧氣流出時，電子從陰極返回陽極，這種充放電特性也讓研究人員笑稱這是「會呼吸」的電池，但不像人類呼吸時吐出二氧化碳廢氣，這種電池呼吸吐納的都是氧氣。

最引人注目的是，新電池儲電的成本每千瓦時只要 20~30 美元，但像用於手機的鋰離子電池儲電成本每千瓦時高達 100 美元。研究人員麻省理工學院材料科學系教授 Yet-Ming Chiang 表示，科學家如果變成用高昂成本來追求電池的高能量密度，從長遠來看並不是一條正確的道路，想要儲存大量能源，就必須考慮豐富且易取得的原料。

最後，新電池的化學總成本（包括陰極、陽極和電解質材料的總價）僅為鋰離子電池成本的三十分之一，雖然能量密度略低於現在的鋰離子電池，但卻是抽蓄水力發電系統的 500 倍，具絕對的成本優勢。目前，新電池原型只有咖啡杯大小，未來可組合成更大系統，用來儲存風能和太陽能電力。研究人員也計劃將電池的使用壽命延長至 1,500 小時以上。

特斯拉推出「便宜又大碗」的太陽能屋頂，比傳統屋頂堅固還便宜兩成！

Posted on2017/10/24

根據 inhabitat 的報導 ，特斯拉推出了他們的新款太陽能屋頂，而一平方英尺（約等於台灣的 0.03 坪）的太陽能屋頂只要價 21.85 美元（約為台幣 660 元），如果將安裝這個屋頂所省下的電費與政府補貼一併算起來的話，這個屋頂比正常的屋頂還便宜了兩成。

至於這種屋頂看起來如何？特斯拉製造這種屋頂時，利用將玻璃覆蓋於太陽能機構上方，讓這個屋頂看起來就跟普通的屋頂一樣，但其實以品質而論好上許多。

這次特斯拉推出的新太陽能屋頂無論從品質上或是價格上都非常具有競爭力。根據消費者報告（Consumer Reports）在之前提出的報告，太陽能屋頂每單位的售價應該要訂在 24.5 美元（約為台幣 741 元），才有辦法跟傳統屋頂競爭，而很顯然特斯拉新屋頂的訂價已經成功達到──而且超越了這個目標。

除此之外，特斯拉針對這些太陽能屋頂提供終身保固，再加上消費者報告當年在訂定這個價格標準時，並沒有將政府對於節能的補貼等算進去，因此實際算下來消費者其實是更加划算的。

撇開這些不談，光是談到質量也是一等一。特斯拉的太陽能屋頂比起傳統屋頂來得更加堅固，這在美國這種不時會有各種劇烈氣候與天災的國家來說特別實用。

最後，購買這種新一代特斯拉屋頂的顧客，還可以用 6,500 美元（約為台幣 19 萬元）購買一組儲電設備，這套設備可以和家中的暖氣系統結合，並且搭配太陽能屋頂，使顧客的家能夠完全脫離電網的依賴。

彈性有機電池問世

你有想像過現今電池除了體積不斷變小之外，在哪方面還可以突破嗎？英國北愛爾蘭首府貝爾法斯特女王大學（Queen’s University Belfast）的科學家就設計出一款有彈性的有機電池，打破電池硬梆梆的刻板印象。

目前的心臟裝置，比如心律調整器和除顫器，還是配備材質堅硬的電池，多少會造成身體不適，而這款電池的問世將大幅改善這樣的缺點。這項發明已刊登在《能源科技與綠色化學》（Energy Technology and Green Chemistry）期刊。

這項研究的領導者，是任職於女王大學離子液體研究中心的 Geetha Srinivasan 博士。根據她的說法，這款「彈性超級電容器」比目前市面上任何電池都要安全。她表示：「像心律調整器或是除顫器的醫學裝置會有兩種植入器，一個會固定在心臟，另一個則帶有金屬製的堅固電池，植入皮膚底下。兩個植入器用線相連，當它與皮膚摩擦時就會造成病患不適。為了解決這個困擾，理想上我們會希望電池和身體可以相容，且保持彈性以適應皮膚阻力。」

新電池還有一個特別之處，它是由生物性物質（比如纖維素）組裝而成：由會導電的生物聚合物當電極，並以離子液體為更安全的電解質，因此在人體分解時也不會有危險，除非你處在一個 270 度以上的環境。由於新電池採用不易燃物質，因此不會有發生爆炸的危險。

除了醫學器材外，有機電池也能應用到筆電等電子產品，會讓筆電更輕薄，更容易隨身帶著走。正如 Srinivasan 博士所說：「如果電池可做到有彈性，那麼所有電子產品和裝備也能做到，這就是令人期待且興奮之處。」

新型鈉離子電池陰極材料

2017 年 10 月 9 日，一項具有重大突破意義的研究成果發表在了《自然·能源》期刊上。一支由著名華裔材料科學家鮑哲南和崔屹領銜的材料科學研究團隊，成功研發出了一種新型鈉離子電池陰極材料。該材料擁有極高的電池容量且循環壽命大幅增加，有望取代因礦產資源儲量有限而價格高昂的鋰離子電池。

這種新型的材料使用了全新的思路，大大提升了鈉離子電池的性能——其循環電池容量達到了 484mAh/g，陰極能量密度更是高達 726Wh/kg。

本次論文的第一作者、斯坦福大學博士后 Min ah Lee也對 DT 君表示：「 我們的新型陰極由氧和鈉組成，具有與常規鋰陰極相當的能量密度，可以作為鈉離子電池取代鋰離子電池的可靠陰極。」

更加令人矚目的是，由於地球上鈉的儲量極為豐富，鈉離子電池陰極材料開採、生產成本僅為鋰離子電池的 1/100，從而將鈉離子電池的整體成本控制到鋰離子電池的 80% 左右。這一突破性的技術進展，讓人類在大規模能源儲存的道路上再一次邁出堅實的一步。

圖 | 隨著全球對鋰電池的需求不斷增加，鋰礦的開採供不應求，價格也水漲船高。隨著儲量的消耗，其價格可能進一步攀升

事實上，作為目前移動端最靠譜的電池，鋰離子電池以較高的能量密度和較徹底的充放電深度，統治了手機、電腦、電動汽車等絕大多數需要充電電池的應用場景。而且，隨著鋰電池產能的提高，在規模經濟的作用下，其價格已經連續多年保持下降的勢頭，進一步鞏固了其相對於其它電池技術的競爭優勢。

有科學家甚至認為，在地球上的鋰礦全被開採完之前，將不會有其它電池取代鋰電池的江湖地位。

然而，「儲量耗盡」這個看似天方夜譚一般的情景，卻正成為很多業內人士真真切切的擔憂。在全球範圍內鋰電池的產量不斷沖向新高、鋰電池整體價格大幅下降的背景下，部分用於生產鋰電池電極的原材料價格卻反而大幅飆升。這是因為地球上可用於生產鋰電池所需陰極材料的礦產資源（鋰礦、鈷礦等）實際上一點都不豐富。

為了滿足現有的鋰電池產量需求，世界範圍內各個礦場的產能都已經被逼到了極限，再增加產能十分困難。更不用說，加速開採還會讓這些有限的礦產資源提前耗盡，從而進一步推高價格。因此，鋰離子電池面臨著一個絕大多數的商品永遠都不會面臨到的挑戰：隨著產量的提升，價格不僅無法持續下降，反而可能急劇升高。

為了解決這個問題，科學家們將目光投向了在元素周期表上緊挨著鋰元素、特性也與其十分相近的另一種元素——鈉。與鋰資源相比，地球上的鈉資源儲量簡直豐富到「不可能被耗盡」：從浩瀚的大海里，到每家每戶的餐桌上，到處都有氯化鈉——食鹽的身影。與鋰離子電池材料每噸高達15,000 美元的價格相比，如果用鈉離子作為電極材料，其每噸成本將只有150 美元，便宜足有 100 倍之多。

圖 | 與鋰相比，地球上的鈉資源實在是太豐富了。大海、鹽湖、鹽礦，鈉元素佔據了地殼中超過 2.7% 的質量。因此，以鈉為材料的電池將遠比鋰電池便宜。

然而，雖然應用前景廣大，鈉離子電池的研究卻一直沒有取得決定性的突破。

事實上，鈉離子電池的研究曾與鋰離子電池同時起步。不同於其他需要氧化還原反應的電池，這兩種電池屬於「搖椅電池」——需要離子自己在陰陽極之間來回穿梭，以達到充放電的目的。換句話說，陰極和陽極起到的作用就是收集、儲存和釋放用以產生電流的離子。

圖 | 許多元素都被用於製造電池。綜合多種性能來看，鋰是目前最佳的選項。但鋰電池電極材料礦產資源儲量的匱乏，為其未來的發展埋下了隱憂

上世紀八十年代，鋰離子的陰極材料研究首先取得突破，以鈷酸鋰等材料為代表的陰極材料，和通常由石墨構成的陽極材料組合，讓鋰離子電池獲得了極佳的性能，從而取代之前的鎳氫充電電池，走進了千家萬戶。而鈉離子電池的電極材料研究卻遠沒有這麼順利。

實際上，如果離子電池要高效運行，必需要同時滿足以下兩個條件。但在之前的研究中，鈉離子電池的陰極材料要麼能量密度高但循環壽命短，要麼就是循環壽命長但能量密度低。

· 能量密度夠高，單位質量的電池可以提供足夠多的電量；

· 循環壽命長，電量不會隨著充放電循環次數的增加明顯下降。

這一次，斯坦福大學的團隊跳出了之前使用過渡元素氧化物或聚陰離子作為陰極材料的思維框架，使用了一種全新的有機材料「肌醇」與鈉離子進行結合。

你可能沒聽說過這個拗口的名字，但這種與葡萄糖結構非常相似的有機物廣泛存在於動植物中，是動物、微生物的生長因子，也是食物中的一種常見營養成分。作為一種工業界十分熟悉的有機物，肌醇工藝成熟、應用廣泛，而這對於控制鈉離子電池的成本來說至關重要。

鈉與肌醇可以結合為 Na2C6O6，這種化合物是一種非常理想的陰極材料，理論上可以一次攜帶 4 個鈉離子，因此電池可以有著極高的容量——501mAH/g。

事實上，在鮑哲南團隊之前，也曾有人嘗試過使用 Na2C6O6 作為電極材料生產鈉離子電池。然而，理論上最高 4 個鈉離子的運送量在實際中其實很難達到，使得 Na2C6O6 電池的能量密度遠低於預期。

此外，只要經過一次充放電循環，第二次循環的能量密度會進一步急劇下降，根本無法滿足實際使用的需求。在實際使用場景中，電池應該在經過數百甚至上千次充放電循環后，依然保持較為充足的電量。

圖 | 鮑哲南團隊使用的新型鈉離子電池陰極材料，右圖中黃色為鈉離子，”鑲嵌”在紅色和灰色標識的肌醇中。一個 Na2C6O6 一次最多可以攜帶 4 個鈉離子，擁有極高的能量密度

Min ah Lee 說：「本次研究中最大的障礙在於，這種化合物在以前的研究中只能儲存少於兩個單位的鈉和電子，這不足以與鋰離子電池陰極的能量密度競爭。但在這裡，我們通過了解和解決氧化還原反應過程中相變動力學限制，讓此化合物可以儲存四個鈉。」

此次研究中，斯坦福團隊對 Na2C6O6 電池的機理進行了非常深入的探索。他們通過對原子層面的作用力進行細緻的分析，成功揭示了這種材料實際電量低於理想電量的奧秘：原來，在鈉離子與電極結合和脫嵌的過程中，只有當材料經歷可逆的相變化時，才有可能讓 4 個鈉離子都參與反應。而在之前的研究中，材料未經特殊處理，只會經歷不可逆的相變化，導致參與反應的鈉離子數量達不到 4 個，因此低於理想能量密度。

在搞清楚原理之後，他們通過減小活性粒子的體積、選擇合適的電解液，成功地將不可逆的過程轉化為可逆過程，從而讓 Na2C6O6電池的可循環電池容量提高到了接近於理論上限的 484mAH/g。而且，最大電池容量的下降速度也較原先顯著降低，陰極能量轉換效率更是達到了87%。

這是目前為止，鈉離子電池陰極材料研究領域取得的最佳成績，具有著重大的突破性意義。他們讓鈉離子電池第一次在實現了高能量密度的同時，基本實現了循環穩定性的目標。又由於使用了廉價的鈉和肌醇，且能量密度顯著高於鋰電池，研究人員宣稱，這一電池的成本有望控制在同等電量鋰電池的 80% 不到，可謂是巨大的進步。

圖 | 充電前（左）的 Na2C6O6 納米顆粒，在充分充電后可以結合大量的鈉離子（右）

然而，這只是一個初步的研究成果，離實際應用依然有一定的距離。

首先，鮑哲南團隊只是初步解決了陰極材料的循環壽命問題。在經過 50 次循環之後，Na2C6O6電極的容量已經下降了約 10%。雖然相比於之前的研究而言，這已經是非常了不起的成績了，但離實際使用中數百次循環的要求還有一段距離。

其次，他們還尚未對可以產業化的陽極材料進行研究。對於鈉離子電池來說，陽極材料的研究同樣困難重重。儘管研究團隊信心十足，但由於鈉離子比鋰離子要大得多（直徑比鋰離子大了約 50%），所以無法被常用於製造鋰離子電池陽極材料的石墨吸收。到目前為止，還沒有效果足夠好、價格也低廉（比如石墨）的陽極材料被研究出來。而這也會是團隊未來的研究方向，Min ah Lee 介紹到，此次研究顯示，磷是一個很好的候選材料，但是大量生產仍有困難，所以他們也在努力探索如何以更簡單的方式處理這種材料。

對於團隊的下一步工作，Min ah Lee 透露：「目前，我們的全電池能量密度受到陽極的限制（較高的工作電位），因此我們正在努力製造更好的陽極。」

圖 | 成本低於鋰離子電池的鈉離子電池將有望用於儲存風電、太陽能等發出的不穩定的電力，從而讓其擺脫「棄風」、「棄光」的束縛。

總之，這是一個已經取得了重大突破、但離工業應用還比較遙遠的技術。不過，任何技術在最早期的時候都是十分稚嫩的。同樣是材料科學領域的創新，現在已經十分普及的硬碟，在最早取得技術突破、實現MB級別數據儲存的時候，其總重約1噸。

但正是這個與便攜沾不上一點邊的「巨獸」，奠定了如今容量動輒數個 TB（1TB=1024GB）、卻只有口袋大小的移動硬碟的基礎。很有可能，現在看上去依然初級的 Na2C6O6 材料，正是未來大規模電網級別電力儲存技術具有奠基意義的先聲。

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參考：

https://phys.org/news/2017-10-battery-based-sodium-cost-effective-storage.html

http://www.alphr.com/technology/1000775/sodium-ion-batteries-could-be-the-future

http://cen.acs.org/articles/93/i29/Challenging-Lithium-Ion-Batteries-New.html

http://www.wenkuxiazai.com/doc/45a54a3783c4bb4cf7ecd115.html

http://www.cailiaoren.com/article-3814-1.html

http://news.stanford.edu/2017/10/09/sodium-based-batteries-cost-effective-lithium/

http://newatlas.com/sodium-ion-battery-cheaper-lithium/51682/

https://www.nature.com/articles/s41560-017-0014-y

https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium-ion_battery

史丹佛大學團隊開發了一種新型鈉離子電池，但成本僅不到鋰離子電池的 80%

史丹佛大學團隊開發了一種新型鈉離子電池，可以儲存和目前市場上最先進鋰離子電池一樣多的容量，但成本僅不到鋰離子電池的 80%，畢竟鹽很豐富，鋰較稀有。不過，鈉基電池能否取代鋰離子電池很難說，畢竟鈉離子電池的表現很難被超越、成本在逐年下降，更重要的是有大量資金湧入鋰礦開採和鋰電池製造廠。

該團隊並非開發鈉離子電池的先驅，但他們相信，這款鈉基電池在價格與性能方面將具有更大的優勢。研究人員使用具有帶正電荷的鈉離子與負電荷的肌醇離子構成鈉陰極和磷陽極，其中，肌醇是一種可以在嬰兒配方奶粉中發現的有機化合物，也容易從米糠、碾磨玉米的過程中取得。

研究人員表示，當改用鈉離子和肌醇離子電極使電子流動的效率提升時，也明顯提高這種鈉離子電池的性能，使電池能以更低的成本產出與鋰離子電池相當的效率。此外，團隊也優化了電池的充電週期，目前正在進一步改善磷陽極，這代表比以前的鈉電池具更長的壽命和更大的電量，雖然這款鈉離子電池若想投入消費市場，還有很長一段路要走。

鈉離子電池的最大優點是成本降低，鋰每公噸成本為 15,000 美元，但是鈉每公噸成本僅約為 150 美元，加上強大的汽車製造商都在關注新電池技術，雖然史丹佛大學的鈉離子電池尚在開發階段，但研究人員有自信他們的鈉離子電池可以成為鋰離子電池的成本性替代品。

或許 50 年後，氫燃料電池、石墨烯超級電容器、太陽能電池等技術有機會減少人類對鋰原料的依賴，但就現在而言，鋰甚至有機會成為「下一個原油」。