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從行動電源到電動車：我們需要怎樣的能量載體？

近來幾宗涉及行動電源（充電寶）的飛安意外，再次提醒我們關注鋰離子電池的安全性 。我們日常依賴的這些行動電源，絕大多數都使用鋰離子電池技術 。它們的魅力在於極高的「能量密度」：能在小巧的體積裡儲存大量電力，滿足手機、手提電腦等裝置的續航需求。

然而，高能量也伴隨著風險 。鋰電池的化學特性相對不穩定，在過度充電、撞擊或高溫下，可能引發「熱失控」，導致起火甚至爆炸 。這也是為何航空公司對行動電源有嚴格的攜帶規定 。不只行動電源，鋰電池更是電動車的核心動力來源，以提供足夠的續航里程 。但電動車的燃燒事故頻傳，甚至迫使消防單位研究新的滅火策略 。這一切讓我們不禁思考：除了鋰電池，有沒有更理想的儲能選擇？

圖1: 一架從釜山金海機場起飛前往香港的釜山航空班發生火災，火災由行動電源引發（網上圖片）
圖1: 一架從釜山金海機場起飛前往香港的釜山航空班發生火災，火災由行動電源引發（網上圖片）

儲能裝置：應用場景決定關鍵性能

電池，無論是傳統的鹼性電池還是鋰電池，都是將化學能轉化為電能的媒介 。我們都希望電池供電能高效、快速又穩定，但不同的應用場景，對電池性能的要求卻天差地別 。

看看電動車，特斯拉之所以能脫穎而出，其先進的電池管理系統（BMS）功不可沒，它能在短時間內釋放巨大電流，提供驚人的加速力，這是對「功率輸出」的極致追求 。相比之下，智慧型手機的電池設計，雖然也追求高能量密度以延長續航，但更看重「輕便性」和「安全性」 。用戶對手機瞬間功率的需求遠不如汽車加速那麼高 。

未來，從工業機器人、無人機到個人飛行載具，電動化是大勢所趨，對電池的需求也將更加多元 。安全性、能量密度、成本、壽命、功率輸出… 每種應用都有獨特的側重 。未來的電池競賽，必然是針對不同市場需求，開發出各具特色的解決方案 。

固態電池或是鋰電池的直接替代品

在尋找鋰電池替代方案的路上，「固態電池」被寄予厚望 。它與傳統鋰電池最大的不同在於，用「固態」電解質取代了「液態」電解質來傳導離子 。這個改變帶來了幾個關鍵優勢：

  • 更高能量密度：固態電解質允許搭配能量密度更高的電極材料（如金屬鋰），有望大幅提升電動車續航里程或縮小電池體積。
    • 更高安全性：固態電解質不易燃，大大降低了因內部短路或損壞而起火的風險 。
      • 更快充電速率：部分固態電解質材料的離子傳導效率高，有潛力實現比現在更快的充電速度 。

      當然，固態電池的普及仍面臨挑戰，例如電解質與電極間的「界面穩定性」、大規模生產的成本，以及長期使用的壽命等問題 。但想像一下豐田汽車描繪的藍圖：充電十幾分鐘，續航上千公里 。這就是固態電池的誘人之處。它的出現不僅可能加速燃油車的淘汰，重塑電動車市場，小型化的固態電池更有望催生全新產品，例如幾年不用充電的智慧手錶，或是擺脫電線束縛的 MR 裝置 。

      圖2: 由TDK開發的固態電池只有 4.4 x 3.0 mm 的面積（圖：TDK中國）
      圖2: 由TDK開發的固態電池只有 4.4 x 3.0 mm 的面積（圖：TDK中國）

      另一條路：像加油一樣方便的燃料電池

      除了改良電池本身，「燃料電池」提供了另一種可能，特別是「氫燃料電池」 。它的原理是透過電化學反應，將燃料（如氫氣）和氧化劑（如氧氣）直接轉換成電能，唯一的副產物通常是水 。

      燃料電池的主要優點很明顯：

      • 環保：使用氫氣時，發電過程零碳排，只產生水 。
        • 高效且補充快：能量轉換效率較高，補充燃料（加氫）像加油一樣快速，只需幾分鐘，遠勝電動車充電 。

        這讓燃料電池在需要長續航和快速能源補充的交通領域，如長途卡車、巴士甚至船舶、飛機，展現出巨大潛力 。

        然而，氫燃料電池的推廣也挑戰重重：

        • 氫氣來源：目前大規模製氫仍高度依賴化石燃料（90 %以上），若無法普及使用再生能源製氫（綠氫），環保效益便大打折扣 。
          • 儲存與運輸：氫氣密度低，需高壓或液化儲存，對技術和基礎設施要求高 。
            • 基礎設施：加氫站建設成本高昂，普及緩慢 。
              • 成本：燃料電池系統本身和儲氫罐的成本依然偏高 。

              對於某些特定應用（如商用車隊），燃料電池的快速加氫和長續航優勢，可能比純電動車更具吸引力 。

              圖3: 港鐵亦曾在輕鐵網絡上試用氫能列車（圖：香港01）
              圖3: 港鐵亦曾在輕鐵網絡上試用氫能列車（圖：香港01）

              新能源載體的全球競賽

              過往我們以化石燃料作為能源及戴體，其開採與使用已對全球環境造成嚴重衝擊，氣候變遷是迫在眉睫的危機 。尋找和開發清潔、高效的新能源載體，已是全球共識與迫切任務 。即使是傳統產油國，也意識到能源轉型勢在必行，紛紛投入巨資布局能與再生能源配合的新載體 。

              選擇新的能量載體，需要綜合評估多重因素：能量密度、安全性、成本、效率、補充能源的便利性、基礎設施配套、全生命週期的環境影響，以及資源永續性 。理解這些框架，有助於我們深入認識各種新能源技術 。

              從鋰電池走向固態電池或燃料電池，已是清晰可見的趨勢 。無論是個人還是企業，了解這些技術的發展，不僅能幫助我們做出更明智的消費抉擇（例如購買下一輛車），也可能在未來的市場中發現新商機（例如運算能力更強的穿戴裝置） 。這場圍繞能量載體的變革正在加速，預計在 2030 年前後，固態電池、燃料電池等新技術將開始顯著影響全球經濟格局 。

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