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前瞻技術脈動：能源技術（202508）

關鍵字：鋰離子；電池陽極；3D列印；海洋能源技術；微電容器；晶片；空氣電池；能源儲存；
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科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2025年4月1日
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圖、前瞻技術脈動：能源技術（202508）
 
經濟實惠、高容量且可循環的鋰離子電池陽極
現有鋰離子電池陽極材料在充放電過程中存在氧氣釋放問題，影響電池的循環壽命和性能，添加鋁、矽、磷和硫等元素，改進了鋰離子電池陽極材料的性能。

北海道大學、東北大學和名古屋工業大學合組的研究團隊發表了一項研究成果，能增進鋰鐵氧化物陽極材料能量容量和充放電循環性能。他們在《ACS Materials Letters》期刊上揭露了研究成果，透過添加鋁、矽、磷和硫等元素，成功改善了鋰鐵氧化物陽極材料的循環壽命和能量容量。研究團隊發現，添加鋁、矽、磷和硫等元素可形成強大的共價鍵，減少充放電過程中氧氣釋放的問題，因而增加了電池的穩定性和循環壽命。
參考資料：Cost-effective, high-capacity and cyclable lithium-ion battery cathodes. TechXplore. 2024/05/02.

3D列印可以扭轉海洋能源技術的潮流
在美國能源部水力技術辦公室的支持下，為了推動「為藍色經濟提供動力」計畫的基礎研究和開發，NREL 團隊一直在分析構成潮汐渦輪機葉片的組件的材料和列印方法。透過研究，專家們確定不銹鋼（一種耐腐蝕材料）和雷射金屬沉積（一種積層製造方法）是製造潮汐渦輪機翼樑最有前途的選擇。研究人員透過 3D 列印開闢了一個真正獨特的設計空間，證明了積層製造有潛力生產出非常堅固、堅硬的結構，這將有利於海洋能源。積層製造還可以解決海洋能源面臨的許多挑戰，例如製造週期長和成本高。積層製造允許專家設計具有獨特細節的組件並且材料可以在不同的地方添加和輕鬆取出，而無需增加製造步驟或影響時間表。因此，開發人員可以在更短的時間內以顯著降低的投資來測試多種獨特的設計。
參考資料：Additive manufacturing could turn the tides for marine energy technologies. TechXplore. 2024/05/06.

具有超高能量和功率密度的微電容器可以為未來的晶片供電
美國能源部的勞倫斯柏克萊國家實驗室的研究團隊成功研發出具有超高能量密度和功率密度的微型超級電容器，能將儲能裝置直接整合在晶片上。傳統電容器的儲能容量有限，難以滿足微電子設備的需求。研究團隊利用材料工程技術，讓氧化物薄膜具備「負電容」效應，大幅改善了儲存電荷的能力。這種微型超級電容器的能量密度和功率密度分別是當今最佳靜電電容器的9倍和170倍。研究團隊將這種薄膜材料層層堆疊在經過蝕刻的矽溝槽中，製成三維微型超級電容器結構，改善了單位面積的電容值，相關研究成果已發表在《Nature》期刊上。
參考資料：Microcapacitors with ultrahigh energy and power density could power chips of the future. TechXplore. 2024/05/06.

海床「空氣電池」提供更便宜的長期能源儲存
太陽能、風能和其他再生能源提供的電力無法完全滿足需求，因此能源儲存和釋放措施至關重要。

以色列公司BaroMar開創了一種新型長期能源儲存解決方案。該創新系統使用壓縮空氣能源儲存(Compressed Air Energy Storage, CAES)技術，但加入了其獨有的設計。與傳統CAES系統通常使用的大型高壓罐不同，BaroMar的方法利用深海地區的水柱壓力。BaroMar的系統包含部署大型、價格低廉的混凝土鋼罐，透過裝滿岩石的籠子固定在海床上。陸地上的壓縮機透過管道將周圍空氣送入罐中，而壓縮空氣會驅動水流。當需要提取能源時，系統允許空氣透過管道向上流動，透過熱回收系統(thermal recovery system)驅動發電機。該方法具有顯著的成本優勢，因為水下混凝土鋼罐耐用且成本低，水下維護成本極低。預計每MWh的均化儲存成本(levelized cost of storage, LCoS)為100美元，BaroMar的海床空氣電池將為長期能源儲存需求提供可擴展和具成本效益的解決方案，特別適用於沿海地區。(1238字；圖1)
參考資料：Sea-bed 'air batteries' offer cheaper long-term energy storage. New Atlas. 2024/05/06.

 

 
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