近年來儲能技術成為各國能源產業基礎建設重要項目，包含大型電網用儲能系統技術、分散式儲能系統以及家用定置型儲能系統等，譬如在歐洲、日本、美國等地累積許多電力系統或再生能源應用導入儲能技術之經驗，產業廠商也期待在累積技術經驗後能夠在短期內進入此一市場爭取商機。觀察在儲能應用領域上導入的電池技術當中，初期以鉛酸電池作為最主要的應用電池技術，因鉛酸電池產業發展期間長、生產技術與成本結構成熟穩定之故，應用鉛酸電池的儲能系統市場需求主要觀察鉛酸電池價格與系統壽命、穩定性的競爭。自2008年開始，出現部分廠商積極投入鋰電池於儲能系統的應用，初期鎖定在小型儲能系統之上，往後則擴大到以太陽能發電系統、風力發電系統、家用型儲能、工業用儲能、社區型電力平準穩壓系統、工業級UPS等為主要應用市場。雖然整體電池儲能系統應用技術上，目前仍以鉛酸電池為最大宗，但鋰電池電容量需求規模與日俱增，但安全性卻備受質疑。工研院在最近幾年投入鋁電池的開發，其具備可高速充放電、低成本與高循環壽命等特性，使用新型離子液體電解質為非可燃性與無安全危害性，可在數分鐘之內完成充電，實驗室測試循環近萬次電容量仍不衰減且庫倫效率高。鋁電池功率密度約3,000 W/kg，重量能量密度約40 Wh/kg已與鉛酸電池相當，而成本低於超級電容器，未來可取代現有之高功率儲電系統，成為低成本與高效率之分散式儲能技術。本文將介紹鋁電池所需之關鍵材料與技術包含石墨正極材料、離子液體電解液、電芯結構等，以及目前工研院研發進展。
鋁電池關鍵材料
鋁電池正極材料：3D石墨
鋁電池與一般化學電池相似，由正極材料、負極材料、隔離膜、電解液四個關鍵零組件所組成，其材料成本約占總電池的50%以上，成本高的原因除材料成本昂貴之外，其一原因為新型高性能材料皆仰賴進口以及生產技術和設備自動化較為不精良而導致良率等問題。鋁電池正極主要成份為石墨及非石墨材料，與鋰離子電池相反。負極則是以鋁金屬為主，負極有時候會加入些許碳粒子來提升整體導電性，藉此增加電池的電性及使用壽命。鋁電池用的石墨材料具高結晶性、耐化學性、機械性與導電性良好，目前鋁電池的能量密度與鉛酸電池相近，即便如此，要達到長循環充放電次數，高電容量，與快速充放電等優勢的碳材目前仍然亟需開發。過去全世界在鋰離子電池用的碳材料投入相當多的研究，如人造與天然石墨、焦碳、氣相成長碳纖(VGCF)、介相碳微球或是利用高分子前驅物進行高溫碳化等。各種碳材料其應用於電池材料時各有其優勢，根據近期的研究，鋁電池的電容量要提高，就必須提高電池內活性物質如鋁氯酸根與碳材的化學反應，文獻[1]曾提到由XRD可判斷鋁電池中石墨與鋁氯酸根化合的程度約落在第四階(graphite intercalation compounds stage 4)，也就是約24到30個碳與一個鋁氯酸根化合，一般來說，越少的碳與鋁氯酸根化合時，階數越低，電容量越高，不同碳材料其化合程度隨反應條件而異。當鋁氯酸根進入碳層時即形成鋁氯酸根-碳化合物，若是利用焦碳因石墨化程度降低，其電容量亦會隨之下降。另外有些文獻報導高分子前驅物生成之非石墨化碳材料，其在鋰電池的應用上鋰碳化合物電容量超過石墨理論最大電容量。若是以非石墨化碳材料，由於碳層無次序排列，有可能會因此造成電容量增加，但非石墨化碳雖具有很高的電容量，但是由於其排列複雜，許多金屬鹽離子嵌入後不易脫離，通常造成可逆電容量較低的現象。
多孔性3D石墨為目前最適用於鋁電池高充放電材料，如圖1所示，依據過去工研院實驗使用發泡石墨組成單電池片，已能作到電流密度10,000 mA/g充放電條件下，電容量變異量小於20%，小電池在實驗室中可執行30,000圈充放電長效測試，如圖2所示。...更多內容，請見《機械新刊》雜誌
