電動車大趨勢背後,汰役電池的商機正被關注。使用數年後淘汰下來的動力電池,可能還有著 7~8 成的蓄電能力,雖然無法滿足驅動車輛的要求,但仍存有其他應用價值,經過篩選、拆解、重組後再上陣。但這些從電動車退役下來的電池真能再被使用?安全問題絕對是最重要的關鍵!

電動車驅動鋰電池循環應用商機

電動車從 2012 年開始快速成長,根據車輛中心整理的數據,2016 年全球電動車銷量超過 77 萬輛,較 2015 年大幅成長 42%,其中中國大陸穩居第一大市場。中國大陸受惠於政府政策,2017 年號稱賣出 70 萬輛的電動車,2018 年更看漲至 80 萬輛。

面對電動車銷售市場的翻倍成長,也驅動了汰役鋰電池的循環應用商機。因為鋰電池的蓄電能力會慢慢衰退,假設一台車原本充電一次可以從台北到高雄,當電池衰退剩 8 成,就得中途停下來充電,這時使用者就會想換掉電池。不過鋰電池單價高,因此企業也開始尋求淘汰下來的鋰電池後續利用的可行性。

認清現實 : 鋰電池芯有一定的失效風險!

但回顧近十幾年來,鋰電池起火案例已多到不是新聞。汰役電池的構想雖符合環保需求,隨之而來的問題與挑戰也不少,如安全問題、號稱電量與其後續電量的退化是否又加快的壽命問題、電池重組後應用如電動車轉作儲能是否會有格式不合的應用問題、電池經回收使用後,初次製造商與二次製造商的責任承擔問題…等。

其中安全問題還是循環利用的首要關鍵!UL 研發技術部總監王凱魯博士就點出,和鉛酸電池與乾電池不同,鋰電池有不可避免的熱失控原罪!

目前市面上大多數使用的鋰電池,其主要元件譬如電解液、隔離膜等是由有機成分組成,這些成分在高溫下會在電池內部產生一連串的連鎖反應,並伴隨著起火燃燒,也就是所謂的熱失控 (Thermal Runaway) 反應。所以一旦鋰電池因為過熱、過充、過放、短路等使用不當,或是生產過程中因為環境管控不當摻入雜質造成內短路等,都有可能產生熱失控的風險,而這些風險還會因為狀況的不同,常常是在電池使用一陣子後才發生。王凱魯博士強調,鋰電池的應用有一個重要的安全思維就是:千萬不可以假設鋰電池一定是沒有問題的,它有一定的失效風險!

從設計預防失效  但環境、老化因素呢?

因此王凱魯博士建議,鋰電池在設計時,第一、一定要慎重地去挑選一個安全可靠的電芯,以降低失效的風險與危害。第二、必須要完全了解電芯的安全特性與安全的邊界,再從系統端設計去預防失效的發生,並防止萬一失效後的災害擴散。這非常重要!不同於手機單顆電池的失效,電動車應用的可能是上百、上千顆鋰電池,當失效擴散,產生的嚴重性就很大。

除此之外,環境與老化也會影響失效模式。王凱魯博士說明,鋰電池失效的模式會因為不同的環境而有不同的狀況。譬如在密閉空間和開放空間下,鋰電池熱失控就可能會因為環境含氧量的不同而有從高溫冒煙到劇烈燃燒的不同結果。因此若將鋰電池從原先的電動汽車拆解移至與原來不同的系統後,如果不經過適當的評估與測試,我們很難預測會產生什麼樣的失效問題。此外,在不同的老化情形下,電池的失效反應也不同,因此再回收利用,一樣會碰到一連串潛在的安全問題。

汰役電池再利用   安全重點在於“程序”

王凱魯博士強調,影響鋰電池的安全因素有三:設計、品質、使用。和全新電池不同,由於難以確知電池來源、原始設計特性、使用歷程、拆解方法…等,除了檢驗電池本體,更重要的是要有正確的處理程序。

UL 以從事電池檢測認證數十年的經驗,以及長期對產業的了解,理出汰役電池在梯次使用的安全標準該如何制訂。目前 UL 提出全球第一個針對汰役電池的安全標準草案 UL Subject 1974,並即將獲美國、加拿大認可為國家標準。

汰役電池再利用必須考量預估壽命和淘汰標準、拆解與重組的安全、以及回收流程、失效後會發生什麼事、和新系統相容等等問題。王凱魯博士也提到,「大部分的電池設計都不是讓你拆的。」要重新利用免不了拆解重組,UL標準就涵蓋要求從原始資訊、拆解重組、剔除不合格品、重組分級測試、運送準備等。

台灣的汰役電池應用在儲能系統

台灣去年夏天的限電,造成了大眾的恐慌與不便。在核能不能發展、火力發電會造成空氣汙染、太陽能要看天氣,風力的離岸發電是一個巨量經費投資的情況下,利用儲能設備的「移峰填谷」,即在用電離峰儲存多餘電力,在尖峰時刻釋放出來的方法,成了值得期待的短期紓解方案。

由於汰役電池的再利用還處於起步階段,有人質疑買新的電池還比較便宜,不過中國大陸光 去年就有近 70 萬輛新能源車,數字仍會繼續攀升,可預期的是,這些電動車汰換下來的電池數量將相當可觀,合理推測未來汰役電池的成本亦能夠大幅下降,將汰役電池運用在儲能系統成為趨勢。

汰役電池再利用趨勢不可擋,安全是首要也是最重要的問題,鋰電池本身有不可避免的失效風險。因此電池梯次再利用,安全須從整體程序來把關,UL 標準有規範可依循。正視台灣未來儲能電池的來源、流程與產品,UL 提醒全面性的檢視是必要考量。

 

 

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