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電動汽車的心臟–電池技術探討

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李富生｜國立台灣大學化學工程研究所

亞洲最大規模資訊科技展「CEATEC JAPAN 2012」於2012年10月份登場，當中展出一系列新技術和消費電子產品，而不少汽車大廠也於期間展出預定上市的電動汽車。例如：三菱汽車展出預定於2013年初上市之純電動微型卡車；而南韓現代汽車則於「巴黎車展2012」上，宣布將從2012年底開始租售燃料電池車。

隨環保意識抬頭與油價持續高漲影響，自20世紀以來，電動車研究開發，始終是先進國家最熱門的領域之一。然而，因在電動汽車的關鍵技術，即車用電能之二次電池技術方面，尚未獲得突破性發展。因此，多年來人類欲駕駛不用石油、無廢氣排放的電動汽車夢想，始終沒有實現。

先進國家於過去十多年中，集合大量資源，試圖開發各式各樣電池技術。然如美國、加拿大等，儘管致力開發以燃料電池為動力之節能環保汽車，囿於成本居高不下，對於是否能大規模應用，仍有待審慎評估。而日本的豐田雖於十多年前就開發出使用小容量鎳氫電池的混合動力車，並於此期間銷售了約一百萬輛，然因節油和減排效果的不明顯，導致難在全球推廣的結果。且如法國，也同樣致力於電動汽車開發，但由於鎳鎘電池近年來被徹底禁止使用，使得已開發近萬輛電動汽車的項目被迫擱置。

西元1993年，日本索尼公司把手機和筆記型電腦用的小型鋰離子二次電池商品化後，該電池的高能量密度和優越的充、放電性能，立即引起極大關注；很多人開始把研究電動汽車用二次電池的目光，轉向鋰離子二次電池。

然而，電池要有效應用於電動汽車方面，至少須滿足以下幾個條件：
一、目前普遍使用的鉛酸電池，其電容量低、重量重；但作為動力來源的二次電池，其材料能量密度必須提升，亦即電容量要高、重量要輕。

二、目前市售的電池，一般使用的循環壽命約為充放電500次左右。而電池要有效應用於電動車上，其電池的循環壽命就要延長。

三、電池在高倍率充放電下，會降低循環壽命。而有效應用於電動車的電池，則需要可以在高放電電流強度下，長時間運作。

四、電池熱穩定性要好。由於電池內阻的存在，自然會產生熱量，此時需確保有效的散熱與充放電性能不衰退。

然於電池製作過程中，包含從原始材料前處理、漿料配製、電極塗佈與製作、組裝電池、篩選電池以及最後應用於電動車的完整程序裡，各個步驟都會遇到流力、熱傳與質傳等相關問題。以電動汽車的關鍵技術二次電池為例：將鎳氫二次電池放入電動汽車作為動力來源，並以電動馬達驅動的電壓設計為 300V(V，伏特)來看，大約需要 30個以上的模組，因此每個模組的散熱效率，必須以有效的散熱流道設計，將電動汽車於行駛期間其電池模組所產生的熱量順利排放，才能確保各個電池模組的循環壽命一致。若是其中1個模組，抑或是其中1個單顆電池發生異常，則整個電動汽車將因電壓不足而無法行駛。

當代社會面臨各項危機中，能源問題必然名列前茅，而電池與電容則是能源問題核心技術之一，也以此激發了各種有關能源儲存研究。（本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通｣執行團隊撰稿）

責任編輯：黃承揚｜英商牛津儀器海外行銷有限公司

燃料源(2)

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