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全球電池市場二次電池佔76.4%

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科技產業資訊室 (iKnow) - 張小玫、李宜諺 發表於 2017年11月28日

圖一、不同電池化學材料的營收比率
 
根據產業研究公司The Freedonia Group的資料,全球一次與二次電池需求預計每年將以7.7%的速度成長,到2019年將達到1200億美元。真正的成長在於二次(可充電)電池,Frost&Sullivan認為二次電池佔全球市場的76.4%,預計到2015年將成長到82.6%,而主要需求在於手機和平板電腦,早期對於電動汽車的需求預測高估了,而此須向下調整。

一次電池(primary batteries)2009年佔全球電池市場的23.6%,Frost&Sullivan曾預估到2015年將下降7.4%。 非充電(Non-rechargeable)電池用於手錶、電子鑰匙、遙控器、玩具、手電筒、路燈和軍用裝備。

電池類型概述

電池依化學分類,最常見的是鋰、鉛和鎳系列。圖一顯示了這些化學物質的分佈。鋰離子電池的收入佔有率為37%,應用於便攜式裝置和電動動力總成的首選電池。目前還沒有其他的系統威脅到它的優勢地位。

37%鋰離子Lithium-ion
20%鉛酸Lead acid,起動式電池starter battery
15%鹼性Alkaline,一次性primary
8%鉛酸Lead acid,固定性stationary
6%鋅碳Zinc-carbon,一次性primary
5%鉛酸Lead acid,深循環deep-cycle
3%鎳氫化物Nickel-metal-hydride
3%鋰Lithium,一次性primary
2%鎳鎘Nickel-cadmium
1%其他Other


以鉛酸電池為基礎作為大量使用堅固耐用和有效經濟動力源。儘管鋰離子電池正在進入鉛酸市場,但鉛酸電池的需求仍在成長。這些應用分為汽車起動器電池,也被稱為SLI(20%),備用動力固定電池(8%)以及輪式移動車(高爾夫球車)、輪椅和剪刀式升降機等輪式移動車的深循環電池(5%)。

高效能和長時間儲存的鹼性電池更受歡迎,相較於Georges Leclanché於1868年發明的碳鋅電池。鎳氫電池(NiMH)繼續扮演著重要的角色,因為它取代了先前鎳鎘電池(NiCd)的應用,雖然NiMH僅有3%的市場佔有率以及持續下滑。

未來,新興的電池運用主要於個人交通運輸的總電動力,例如電動汽車。由於電池成本、壽命和環境問題決定了汽車產業有多快速採用這種新動力系統。然而石化燃料價廉物美、方便又容易取得,然而替代模式正面臨綠色概念強烈的反對,特別是在北美洲。然而,綠色概念替代能源需要政府的鼓勵措施。

新市場需求將推動電池未來成長,例如:電動自行車、可再生能源儲存系統、智慧家庭,而且企業和發展中國家都將從中受益。大型電網蓄電池的需求正在崛起,同時能填補缺電時缺口。

電池的新發展


電池在兩個方面發展,(一)從將增加在特別需要能源(specific energy )以延長運行時間,並改善特殊需要大電流功率(specific power ) 的負載要求。(二)從改善電池特性,然而可能不會如願,反而會是一個折衷辦法。圖二說明了各電池功率之比較。

 

圖二、充電電池的功率比。以每公斤可以容納的容量(Wh / kg);功率是電池以每公斤可以輸出功率的能力(W / kg)
Source:batteryuniversity,2016

 

就電池的充電/輸出功率比而言,表現最好的電池是二次鋰電池(Li-metal)。早在1980年代Moli Energy就推出了早期版本,但陽極上金屬鋰的不穩定性促使1991年回收。固體鋰(Solid lithium)的金屬絲或樹枝狀結晶容易形成短路。電池業者正嘗試解決這些個問題,但最終還是停止發展。

鋰金屬的獨特性質促使製造商重新審視這一強大的化學成分。透過將金屬鋰與錫和矽混合可抑制樹枝狀晶體並達到理想的安全標準。石墨烯也正在嘗試作為改進分離器的一部分。石墨烯是一層純碳的薄層,厚度為一個原子,以六邊形蜂窩狀結合在一起,也嘗試了防止樹枝狀晶體滲透的多層分離器。最新的實驗鋰電池達到300Wh / kg,則其潛力更高,尤其對電動汽車能產生特別實質利益。

[最新石墨烯電池]
三星先進技術研究院(Samsung Advanced Institute of Technology, SAIT)於2017.11.27宣布已經開發出新的電池技術,採用石墨烯球(Graphene)擴充電量,此款石墨烯電池的儲電量將比目前市面上的電池高出45%,並讓整個充電過程比當前標準加快5倍,電池完全充飽電只需要12分鐘,而現今市面上的電池則需要1小時才能完成。由於此款新電池在攝氏60度亦能保持穩定,因此也可供電動車使用。(889字;圖2)



參考資料:
Global Battery Markets. Battery University, 2017.
​Samsung develops 'graphene ball' to speed up battery charging. ZDnet, 2017/11/27.


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