德設計全新雙極型電池,有助簡化電池組使用材料與製程

發佈日期: 2019 年 01 月 30 日 14:00 | 作者: | 分類: 產業資訊

隨著電池儲能系統與電動車市場愈來愈大,其關鍵核心電池組的重要性也水漲船高,對此德國科學家最近透過可撓式聚合物雙極板,設計出全新的電池系統,與舊有電池設計相比使用材料有望減少超過 80%。

目前電池組大多由多顆電池組成,每顆電池之間則用電線相連,但這不僅會增加成本,也會讓效率降低,再加上電池組也可能會過熱致使機械受損,除此之外,這樣一來每顆電池都必須要完成封裝步驟,性能提升幅度相當有限。

對此德國夫朗和斐協會決定運用雙極型電池來解決上述問題,透過雙極板將各個電池相互連接。其中該協會為歐洲最大的應用科學與非盈利的科研機構,旗下有超過 80 個研究所,多為中小企業開發新技術或工藝,助新創、發展中的組織一臂之力。

而雙極板是燃料電池常用零件,用來分隔氧化劑與還原劑,並帶有收集電流作用,要選擇哪些材料來當雙極板材質便是夫朗和斐協會科學家首要難題。

目前雙極板最普遍的材料為石墨,具有質地輕、耐腐蝕與導電佳等優點,然而該材料材質易碎,石墨的多孔性結構也會讓燃料從雙極板擴散而浪費;假如改用金屬來打造雙極板,其抗蝕效果則有限,還需要在金屬表面進行電鍍、物理蒸鍍(PVD)或是電化學加工,進一步提升抗腐蝕性能;碳-聚合物複合雙極板雖然製造過程快又耐腐蝕,但導電效果差,也無法製成又輕又薄的雙極板。

顯然各有各的優缺點,若要找出心目中最適合的材料,還得另外加以研究。因此該團隊最終採用第三的碳-聚合物複合材料方案並加以改良,運用高電導聚合物材料來製作全新的雙極板,與舊有技術相比,新型雙極板不僅耐腐蝕性高又可重塑,不同的雙極板也能用焊接相連,讓電池系統可緊密封裝,相較之下傳統的雙極板熱應力與機械應力都不足,不適合焊接。

氧化還原液流電池和雙極板。

夫朗和斐協會環境、安全、能源技術研究院負責人 Anna Grevé 表示,新技術主要挑戰在於開發材料與製程,團隊採用的材料都是市面上可見的,聚合物成分大約占 80%,剩下 20% 則是石墨,與過去技術差別在於特殊配方與加工方法。

該團隊看好噴墨印刷可精準嵌入材料的優勢,運用常見的卷對卷(roll-to-roll)製程來製作雙極板,盼可提高成本效益比,目前科學家們也掌握了另一項技術,基本上只要一種製程即可滿足所有要求,除了製造過程相當快之外,還能設計成不同尺寸。

Grevé 指出,透過該製程與材料,團隊已製造出厚度相當薄的雙極板,與過去用電線連接電池的電池組相比,可省下 80% 以上材料。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:夫朗和斐協會

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