電池與儲能

鋰離子電池(lithium-ion battery)

鋰離子電池靠著把微小的鋰離子在兩種主體材料間來回搬運來儲能,就像把沙子在兩個雞蛋盒之間倒來倒去。充電時,鋰離子被從正極材料中拉出、嵌入石墨負極(稱為嵌入 intercalation);放電時再滑回去,每顆離子的移動都推一顆電子流過你的電路。由於鋰是最輕的金屬、又能提供約 3.7 V 的高電壓,鋰電池每公斤儲存的能量(約 250 Wh/kg)遠勝鉛酸電池(約 40 Wh/kg)——這正是它能驅動手機、筆電與電動車的原因。

奧妙之處在於沒有任何材料被鍍上或溶解掉——離子只是嵌入晶格再脫出,因此電池可承受數百到數千次充放電循環。代價也很真實:一層薄薄的高分子隔離膜把正負極隔開,一旦被刺穿或過充,便可能引發失控的放熱反應(熱失控)而起火。這就是為何每組鋰電池內都藏著一套電池管理系統,逐顆監控電壓、電流與溫度。

Energy = ∫ V(SOC) · I dt ≈ V_nom × Capacity_Ah (e.g. 3.7 V × 3 Ah ≈ 11 Wh per cell)

磷酸鐵鋰(LFP)電池犧牲一點能量密度,換來更高的安全性與循環壽命——它幾乎不會熱失控,因此電網與入門級電動車電池越來越愛用它。

又稱
Li-ion鋰電池Li-ion 電池