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底特律電池展:令電池更安全耐用仍是業界議題

近期在美國底特律舉行的電池展(Battery Show)觸及眾多業界議題,包括開發現代蓄電池所遇到的挑戰。場內也有一些參展商侃侃而談,對旗下產品信心十足。

照片: 電池供應商積極改良電池。(Shutterstock.com)
電池供應商積極改良電池。
照片: 電池供應商積極改良電池。(Shutterstock.com)
電池供應商積極改良電池。

在底特律電池展上,一些出席者指出,儲能技術的發展比其他技術緩慢,電池行業仍在等待下一個重大突破。雖然數家參展商憑著具有革新潛力的新式電池系統大受參觀者注意,但這次展會的焦點還是為現有的電池種類找出進一步改良增效的方法。

Fedco Batteries是一家總部位於威斯康辛州的電池公司,區域營業經理Steven Butzen指出:「電池技術不斷演進,但就每單位體積的容量而言,發展速度卻非常緩慢,可能要多年後才會出現下一個突破。」在這樣的氛圍下,大多數參展商都集中探索如何徹底發揮現有電池技術的潛力,或將行之有效的電池種類應用於新領域。

今屆電池展,很多業者都談到另類電池如何提高性能。Alium Batteries總部設於伊利諾伊州,其美國中西部營業經理Martin Smego說:「人們傾向使用磷酸鋰鐵電池替代密封鉛酸電池。前者雖然貴2至3倍,但壽命卻長10倍之多,容量也更大,因此實際價值較高。」

磷酸鋰鐵電池的售價較高,或許會令一些消費者卻步,但是Smego認為這種電池利多於弊:「譬如說,那邊放著的看來是汽車電池,你花100美元便買得到,我們的電池則要350美元。不過,鉛酸汽車電池每2至3年便要更換,我們的電池卻可以一直用到汽車壽命完結為止。」

Alium在穿戴式科技等專業應用方面的業務增長理想。這類科技對電池設計有獨特需求,必須盡量減少重量,增加容量,同時要讓穿戴者感到舒適。Smego說:「世界上只有少數業者可以生產訂製形狀的鋰聚合物電池,通常是用於穿戴式科技。

「我們為Bose供應一款彎形電池,因為他們想充分善用空間。一般來說,鋰聚合物電池都是棱柱形或長方形的,這從機械角度來說很難改變。」

紐約的Urban Electric Power是另一家為現有技術找到新用途的參展商。該公司是一家新成立的初創企業,正尋求打入日趨興旺的家用儲能市場,就特斯拉(Tesla)的熱門家用電池Powerwall提供一款替代產品。營運副總裁Ann Marie Augustus解釋說:「我們正在開發一個二氧化錳鋅充電系統。你可能很熟悉勁量(Energiser)或金霸王(Duracell)等即棄電池,也就是跟遙控器或兒童玩具所用的電池相同,但我們的創新之處在於能夠充電。」

Augustus表示,使用該公司的充電系統作家用儲電有兩大好處:「一般來說,鹼性電池較為安全。鋰離子易燃,人們在家居使用時,可能會不放心把鋰離子電池放在車庫,有火警風險,但鹼性電池沒有這方面的問題。

「它還具有顯著的成本優勢。鋅和二氧化錳的供應非常充足,且在即棄電池市場中已有現成供應鏈,我們可以善加利用。」

Urban Electric的系統存在某些缺點,但對寬敞的美國居所來說並非甚麼大問題。Augustus說:「我們的電池容量與鋰不同,後者的能源密度仍然較高。不過,電池的一大要點是安全,而且就算它的體積像小型冰箱那麼大,用家都不會介意,因為他們可以把它放在車庫裡。所以我認為鹼性電池仍具競爭力。」

化危為機

人們對儲能的需求越來越大,有關技術的性能被推到極限,有時甚至會帶來災難性後果。近年,社會出現不少和電池有關的嚴重意外,令消費者和監管機關更加關注電池過熱和著火的危險,涉及的領域包括智能手機、電子煙設備及飛機航班等。

照片: Allcell的相變複合技術。
Allcell的相變複合技術。
照片: Allcell的相變複合技術。
Allcell的相變複合技術。
照片: BrightVolt的超薄電池。
BrightVolt的超薄電池。
照片: BrightVolt的超薄電池。
BrightVolt的超薄電池。

今屆,數家參展商都以解決電池過熱問題為焦點,芝加哥的Allcell是其中之一。主席兼行政總裁Said Al-Hallaj說:「我們能確保電池安全。我們擁有一種相變複合材料(Phase Change Composite)技術,意思是把電池放入石墨和石蠟(像鉛筆和蠟筆)裡。這種材料的設計概念是在電池失效時它會很快融化,然後被蠟吸收,就像檸檬水裡的冰一樣。」

儘管這項技術是為軍方而開發,但該公司的目標對象是底特律的一般居民。Al-Hallaj認為,在一些強制規定須取得安全認證的應用領域中,該技術的發展前景最為可觀:「我們的最佳市場是那些須通過安全規定的客戶。他們要證明電池具有故障保護功能,不會出現熱失控蔓延情況。

「舉例說,若你要把電池用於某種特定用途,便必須獲得保險商實驗室(Underwriters Laboratories)的認證,其中一個測試便是熱失控。汽車、航空航天,以至醫療用途都需要這方面的認證。」

除了加強管制某些應用領域的電池外,電池供電產品的分銷方式同樣令人注視,尤其是電子商貿採用的郵寄送貨模式。Fedco Batteries 的Butzen說:「你可以將1枚電池放進UPS郵袋中,但如果放置2枚,那就是一個電池包,要通過UN38.3運輸認證,當中涉及一系列測試,包括高度模擬、衝擊、振動、熱力等,獲得認證後才可以放入郵袋內。」

潛在突破

從今屆展會可見,業界的整體大趨勢仍是降低安全風險、把現有技術應用於新領域,以及竭力提升效能,但是也有一些突破創新的端倪。BrightVolt是一家以華盛頓州為總部的公司,副總裁Salil Soman談到他們有一項足以帶來重大變革的技術。

Soman表示,他們開發了一種革命性的電池設計和製造方法,可令鋰聚合物電池變得安全。他說:「我們以固態聚合物取代鋰離子電池中的電解質,適合應用在一些安全攸關的領域,例如汽車和航空。我不能透露我們正與誰商談,但每家主要業者都表示有興趣。」

加州的Battery Streak是另一家表示擁有突破性技術的參展商,總裁David Grant的態度較為開放,他對公司的產品作出一些大膽的介紹:「我們生產的電池,充電速度非常快,比手機充電快20至30倍,而且不會發燙。

「我們這裡有一個示範。你看這枚電池已差不多完成充電,本應處於最熱的狀態,可是實際上卻比人的體溫還低。充電所需時間不到10分鐘,適用於電動工具、手機,將來甚至連汽車也可以,也是10分鐘內便可完成充電。」

這種極致的性能優勢涉及完全不同的技術。Grant說:「這是一種納米結構材料。我們可以把它想像為一塊海綿,其小孔大約在20至50納米之間,而頭髮則大約為20萬納米。這使電解質和電極之間非常緊密,因此離子不會移動得很遠。

「另一方面,當離子嵌入和脫嵌時,由於儲能機制是表面電荷,就像電容器一樣,因此沒有化學相位變化產生熱量問題,也不會磨損材料。由於沒有相位變化,沒有熱量,也沒有材料磨損,所以生命周期便很長。」

與現有電池相比,Battery Streak的創新電池有利有弊。目前,這款電池的成本極高,每枚約1,000美元。該公司創立未久,尚未獲得規模經濟效益。另一個缺點是能量密度,Grant說:「從物理角度來說,所有東西都是有代價的,我們的電池也一樣,缺點是能量密度大約是傳統鋰離子電池的一半。因此,我們的目標市場是一些不太注重電池大小,但講求充電快捷的應用領域,例如一些需要每天24小時運作的設備。」

照片: 底特律電池展2019:把各種蓄電池技術兼收並蓄。
底特律電池展2019:把各種蓄電池技術兼收並蓄。
照片: 底特律電池展2019:把各種蓄電池技術兼收並蓄。
底特律電池展2019:把各種蓄電池技術兼收並蓄。

底特律電池展2019已於9月10至12日在Suburban Collection Showplace舉行。

特約記者 James O’Donnell 底特律報道

資料提供 圖片:香港貿發局經貿研究
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