國產釩液流電池開發

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更新時間：2025-12-02 16:18

【技術簡介】
儲能電池中液流電池具有高安全性、長使用壽命、多數材料可循環利用或回收，具有高度環保及永續發展潛力、且功率/能量可獨立設計之特點，成為重要的儲能系統技術選項。釩液流電池的的關鍵組件包括隔離膜、碳氈電極、雙極板及電解液，當它在進行充電時，由外部電源獲得電能，使正極端四價釩離子氧化成五價；負極端是從三價釩離子還原至二價，放電時化學反應剛好相反，藉由釩離子濃度的變化，電能和化學能的相互轉換，使其達成儲存與釋放電能的過程，如圖1所示。

圖1 釩液流電池原理示意圖

鎖固型大面積電池模組的設計開發不僅需要優化流場設計，還需要考慮電池模組裝配的力學特性和各關鍵材料的受力情況。在大面積電池模組的組裝過程中，不當的裝配應力可引起材料結構變形影響功能性甚至導致材料力學失效，如引發雙極板或者導流板的開裂、隔離膜的變薄褶皺甚至撕裂、密封墊的失彈等問題，導致電堆性能下降、壽命縮短和漏液，製作大面積電池模組對於製造工藝、組裝技術及測試所需資源皆面臨更大挑戰，但也是要增進產業應用必要之嘗試及研發項目。

本院採用之碳氈電極係利用電漿處理加工，因此具有高親水性，且處理過程為乾式製程，適合未來產量及組裝的方便性，在碳氈電極蝕刻流道與電池堆的框板流道互相搭配，可大幅提升電解液進出電池堆的流量與均勻分布，增加電解液與電極的接觸面積增加反應性，顯著提升電池模組的充放電能量效率。以定功率進行電池模組(圖2)的充放電效率測試，電池堆的反應面積2565 cm²，片數38 cells，額定放電電壓48V，由圖2測試結果得知，在20 kW功率條件下測試結果能量效率大於70%，代表本院開發的碳氈電極蝕刻流道技術與電池堆框板流道的組合，可發揮電池堆最大化效益。

圖2 國產鎖固型液流電池模組與實驗室測試效能

表後儲能創新緊縛型液流電池模組開發
傳統液流電池多以螺栓進行鎖固組裝，並透過大量密封件導入框板結構中來達成電池組防漏之工程設計，且鎖固點的施力不均易導致原設計的密封性功能不佳或失效，如應力集中促使石墨板材脆裂，而損壞電池組內部結構因而降低電池原設計效能。
為了拓展釩液流電池在各種使用情境下的應用潛力，著手開發新型態的電池堆設計：「綁束型」或「緊縛型」電池堆，這是一種特別針對空間受限場所開發的輕、薄、小電池堆系統，透過使用薄型雙極板、一體成型的流場模組並結合高能量密度的電極材料，不但能大幅減輕重量與體積，也能維持不錯的功率密度表現，有望達到70 kW/m³等級的體積功率密度，如圖3所示，為創新緊縛型組裝示意圖，展現模組結構與材料優化圖。

圖3 創新緊縛型液流電池模組組裝示意圖

【計畫規劃/技術應用】
計畫規劃為電表後安全儲能整合綠電技術開發，其液流電池技術定位為：
1. 「國產品」電池模組與儲能材料「關鍵技術開發」。
2. 「電表後」安全儲能模組應用於「再生能源場域」。
進行國產安全儲能模組結合再生能源場域應用，測試準商品化國產模組運轉效能及建立最佳運轉控制模式，走入校園等綠能儲能場域示範推廣，為後續社區或家用儲能鋪路，加速推動國內新興電表後儲能產業。

【未來佈局】
本院將緊扣國家科技儲能與綠能戰略，推動國產電表後安全儲能模組的商品化，促使國內儲能產業落地生根。我們將擴展技術應用至各類再生能源場域，累積系統建置經驗，藉此掌握核心技術、提升模組效能並降低成本。此舉有助於減少對進口技術的依賴，加速產業化進程，並強化我國在國際儲能市場的競爭力。

【連絡資訊】
姓名：許寧逸
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E-mail：nyhsu@iner.gov.tw