2016/05/05
經濟部能源局
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撰文／李茗家
儲能技術之研究已成為國際再生能源發展的重要項目之一，惟現階段儲能成本高，如何降低成本及提升安全，是儲能技術未來發展方向之重點。
世界各國探討氣候變遷的議題，主要在於節能減碳的挑戰，為降低對化石燃料的依賴，紛紛發展再生能源做為替代。只不過，再生能源（如風力及太陽能）容易受到天候的影響，使得發電效率不高或間歇性發電，而無法穩定供應，所以最好的辦法就是將電能儲存起來，以配合用電需求。
儲能系統就像是個放大版的充電電池，將再生能源產生的電能儲存起來，除提供用電需求外，還兼具穩定輸出功能，降低再生能源間歇性發電對電網所帶來的衝擊，具有緩衝電力供給的功用。目前國際間儲能裝置依據應用需求及系統特性，可分為電化學（如蓄電池）、電學（如超級電容器）、動能（如飛輪）及位能（抽蓄水力發電）等系統。儲能設備方面，我國明潭發電廠及大觀發電廠即為大型的抽蓄水力儲能設備。抽蓄水力儲能系統是利用位能的原理進行發電，將離峰電力用來輸送水至地勢較高的蓄水庫，當尖峰時段需電量提高時，再將水自高處流往低處，並推動水輪機進行發電。但是抽蓄水力發電廠的設置，除了合適的地點難以尋覓外，也容易受到水資源的影響，尤其是現在極端氣候趨於嚴且苛的情況。除此之外最常見的是電化學儲能技術。
鋰離子電池價格不斐
大家所熟悉的鋰離子電池就是電化學儲能技術的一種，像是電動車輛的電池及消費型電子產品如手機、相機等，甚至行動電源內部的電池大都是鋰離子電池。在「全民滑手機」的時代，鋰離子電池的使用，可說是達到有史以來的高點。鋰離子電池自誕生以來，歷經多年的發展後，目前的技術已趨於成熟且性能穩定，更可能成為未來大型儲電的應用方向。
鋰離子電池雖有許多好處，但因價格高昂而難以推廣。由於鋰為稀有金屬，其含量僅占地殼的0.6％，且隨著鋰離子電池廣泛應用的影響，鋰金屬原料的需求大幅增加，對於未來再生能源需要大規模儲能設備的情況，可能會面臨原料短缺和成本增加等問題。同時，鋰離子電池的安全性，也是常令人擔憂的因素之一。
近年來，國際已朝向鋰以外的金屬材料電池進行開發及研究，我國也不落人後，研究項目之一便是鈉離子電池。
可充式鈉離子電池具有低成本、高安全性的特點
由於鈉與鋰二者在元素週期表位於同一族，且物理及化學性質相近，故鈉離子電池的性能與鋰離子電池較為相近。重要的是，鈉金屬的蘊藏量豐富，且價格較為低廉，因此具有商業競爭優勢及研發的重要性。另外，根據鈉離子電池專利申請情形可以發現，主要技術掌握在日本、美國與中國大陸等國家，目前的技術生命週期已經從第一階段的萌芽期，進入第二階段的發展期。
鈉離子電池依電解液的不同，可分為有機電解質與水溶液2大類，但若想應用到大型電網級的儲能系統，則以具有低成本、高安全性、及環境友善等特點的水溶液系統為佳。因此，我國工業技術研究院綠能與環境研究所，以水系鈉離子電池作為研究對象，主要目標為合成具可高速充放電且循環效率穩定的電極材料。
在儲能技術的未來發展上，可充式鈉離子電池的技術如果持續精進，其前景指日可待。
關鍵字：鈉離子電池,儲能,工業技術研究院