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台灣能源轉型進行式ing..... 【綠能科技聯合研發計畫】再生能源點亮創能、儲能應用大未來（05/18/2021 天下雜誌）

文: 台灣經濟研究院

創能技術開發著重提升綠色能源能量與降低成本

創能領域前瞻綠能技術開發配合發揮臺灣太陽光電與離岸風力等再生能源特色，透過提升電池模組效率趨動太陽光電成本下降，以及利用智慧平台系統助於離岸風場海事工程量測與運維，降低風場運維成本，以提升產業競爭力。

開發高效率、低成本、超輕量之太陽能電池技術

提升太陽能電池效率已刻不容緩，成功大學陳引幹教授團隊運用原子層沉積技術，沉積不同氧化物材料膜層於堆疊型太陽能電池中，以優化各膜層厚度、品質與材料純度等，進一步提升太陽能電池品質。中央大學許晉瑋教授與劉正毓教授團隊以軟性三五族太陽能電池收集室外光源，提供智慧模組(溫度感測器與藍芽)足夠電能回送電子訊號，朝向智慧模組「自我維持」前進。

在降低成本方面，大葉大學黃俊杰教授團隊利用非真空設備取代電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)、用原子層沉積設備(ALD)以及銅漿料取代銀漿料達成低成本射極鈍化及背電極(PERC)太陽能電池開發。成功大學張桂豪副研究員與李文熙教授團隊創新製程置換太陽能鋁電極，以低成本空氣燒結銅電極應用於高效率雙面太陽能電池，將有效降低太陽能電池成本支出，增加產業獲利能力。

隨著太陽光電產能市場逐漸飽和，相關企業轉型尋求高效率與超輕量太陽能模組，以無人機應用為例，臺灣大學藍崇文教授團隊替無人機縫製出可以吸收太陽光轉成電力的衣裝，賦予偵查、通訊等任務。臺灣大學林清富教授團隊開發適合於固定翼無人機之輕量太陽能模組的大面積(30x150 cm2)太陽光模擬器，於宜蘭大學城南校區建置可供太陽能無人機測試起降與飛行場域。

兼具發電及產氫之仿生創能技術

氫能源為一種乾淨、能量密度高、環保零汙染、應用廣泛與取得容易的新能源，仿生電池即是透過模仿植物光合作用，為既能製氫又能發電的多功能太陽能系統。清華大學嚴大任教授團隊開發氫氣光電催化的催化劑由鉑金轉換為更具有普及性且兼具效能的材料，透過電漿子結構來強化二硫化鉬與日光光場交互作用，增加光能轉化為氫能的效率。中央大學王冠文教授團隊則建置高效穩定低成本之雙效產氫產電系統，利用其太陽能轉換再生電力進行光電催化分解水產氫並儲存，達到能源永續發展之概念。

智慧平台系統助於離岸風場海事工程量測與運維

面對臺灣附近海域高溫、高濕、多颱風與地震頻繁的特有地理環境，以及海上嚴苛條件，成功大學林大惠教授團隊開發離岸觀測塔風向定向系統，可降低量測成本、提高觀測準確性與量測效率，有助於離岸風場開發之海事工程量測。臺灣大學蔡進發教授團隊著重開發離岸風場運維大數據智慧平台，提供數據及開發各種量測技術，達到風機早期診治、早期預防功效，以期降低運維成本。

儲能技術開發著重高效能、高安全、具經濟性以支持各種儲能應用

隨著電力系統快速發展，電力儲存設備的布建應隨之增加其靈活度，以確保間歇性再生能源的儲存整合，促進電力供應端和儲存之間高效率的轉換。而儲能領域當中，又以先進二次電池與先進氫能為基礎核心發展項目。

開發高能量與高安全之固態電池技術

為進一步提升儲能電池安全與效率，全固態鋰電池已經成為研發主流。研究方向多針對電池正極、負極、以及電解質創新材料與設計，進一步提升能量密度需求與提高電池系統的總體能量。

正極材料方面，大同大學林正裕教授團隊開發具可量產層狀富鋰錳基正極材料合成技術，同時透過離子摻雜技術穩定其正極材料之晶體結構、改善材料的離子導電度，進而提升其電池穩定性及電容量。

負極材料方面，清華大學杜正恭教授團隊採用太陽能板製成切削的廢料矽，將此進行高值化做成鋰電池的負極材料，並用交聯反應開發矽負極黏結劑，以共沉澱法、自身氧化還原法進行正極材料開發參雜改質，提升鋰離子電池的循環壽命和快速充放電的能力。交通大學陳智教授團隊利用電鍍雙晶銅箔作為矽基負極材料的基板，配合富鎳層狀氧化物正極構成鋰電池，提升鋰電池的整體能量密度，提供各項裝置或載具更好的續航力。

電解質材料方面，明志科技大學楊純誠教授團隊主要開發鋰鑭鋯氧氧化物固態電解質，並將其應用在NCM811陰極材料上，最終組裝成鈕釦型及軟包型電池。成功大學方冠榮教授團隊開發高緻密性鈣鈦礦、橄欖石、石榴子石結構氧化物及硫化物電解質，以及具獨特性金屬、非金屬中介層，有效降低固態電解質/電極介面阻抗。臺灣科技大學王復民教授團隊研發固態電解質具環保水溶性，有低成本與綠色製程之特性，且能有效改善固體接觸的介面問題，可製備成高容量、輕量化與高性能二次電池。臺灣大學鄭如忠教授團隊深入探討高分子固態電解質，藉由合成改質方式可提供具彈性的高分子，進一步利用後調整加入鋰鹽的種類及添加劑，使研發的高分子固態電解質更符合商用規格。

兼具發電及產氫之仿生創能技術

氫能可作為重要儲能技術研發之原因，乃因其最終可實踐潔淨能源，提供眾多行業(如化工、鋼鐵重工及長途運輸等行業)有效脫碳方法，降低碳排放量，改善空氣品質並加強能源安全。且相對其他儲能系統，氫能另一大優勢為其電轉氣儲能系統有儲存量大以及放電時間長的特性。

行政院原子能委員會核能研究所長久以來專注於氫能領域。張鈞量博士團隊開發大氣電漿噴塗製備金屬支撐型固態氧化物燃料電池之可量產技術驗證，可進行大面積(10╳10 cm2)金屬支撐型固態氧化物燃料電池片之生產；余慶聰副研究員團隊利用新型產氫技術結合二氧化碳捕獲技術，使用低成本觸媒生產95%以上的氫氣，省去複雜的純化處理，大幅降低氫氣製造門檻；李瑞益研究員團隊則是著重於開發固態氧化物燃料電池發電系統，可直接將燃料如氫氣、瓦斯或天然氣轉換為電力，並將餘熱回收再利用，具有高能源轉換效率。

燃料電池方面，中央大學李勝偉教授團隊開發中低溫操作的陶瓷電化學儲能電池，所使用的關鍵電解質材料可使操作溫度降到400-700℃區間，且開發關鍵電解質、氫氣電極與空氣電極材料性能與微結構設計，利用靜電紡絲技術製作空氣電極材料奈米纖維，並成功與電解質相互整合，可提升單電池性能14.1%。

儲存氫氣方面，清華大學陳燦耀副教授與曾繁根教授團隊選擇碳材料進行儲氫研究，以零模板水熱碳化法合成出奈米碳球，最後輔以奈米金屬修飾產生之氫溢流效應(Spillover Effect)，提升氫氣吸附效能。

製造氫氣方面，臺北科技大學鄭智成教授團隊致力研發低成本、高穩定度、高效率之中溫固態氧化物電解電池電極材料，另外開發新型氨氣裂解觸媒技術，大幅改善現有氨裂解觸媒反應速率過慢之缺點。中興大學楊錫杭教授團隊則開發非貴金屬觸媒應用於水電解觸媒，以降低裝置成本，並且研發陰離子交換膜和膜電極組，使效率能有效提升。臺灣大學謝宗霖教授團隊發展具突破性之太陽能電解水產氫技術，以低成本、易量產、高效率的鈣鈦礦─矽晶疊層太陽能電池進行電解水產氫，並達到具競爭力之太陽能轉氫能效率水準(10-15%)。而臺灣科技大學胡蒨傑教授研發適於氫氣分離的複合薄膜，藉由熱力學與動力學的基礎理論調控薄膜成膜機制，開發高孔隙度且結構穩定的基材膜，結合優異特性的基材膜及選擇層。

綠色能量持續擴散，協助臺灣繼續邁進成為「亞洲綠能發展中心」

科技部「綠能科技聯合研發計畫」藉由學研界前瞻創新研發能量，推動新能源及再生能源之科技創新，進一步擴大產學研界連結之效益，積極延續科研成果落實產業應用，以期為我國綠能產業布建機會，並協助政府達成能源轉型，且透過綠能科技發展躍身國際舞台。

完整內容請見：
https://www.cw.com.tw/article/5114845

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［關於眼睛］ - 問答問題（二） #長文慎入

問題：
生活在高壓環境會讓五官肌肉緊繃，長期下來是否可能會傷害到眼睛，問壓力與近視的關係？
如果是孩子，家長可以怎麼協助放鬆呢？

本來想要查找資料，解釋眼睛的原理與脈絡。
看了許多篇文章、報導及少許論文之後，發現看了好像幫助不大，大略上都是談少用電子產品或多紓壓多親近大自然等，所以，反過來從實務回推思考，或許在日常生活中，還有更多應該注意的地方。
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為什麼在高壓的環境底下，會顯現五官肌肉緊繃呢？
「長期在壓力環境造成腦神經緊繃，顯現在五官。」

原理的順序大致上是遇到壓力，造成神經緊繃，逐漸腦內增壓，壓力升高令頭骨緊縮，緊縮拉扯至顱骨錯位。
當錯位逐漸開始造成腦部循環變差，甚至使神經管道受限或壓迫時，又回頭過來，因為循環變差，導致肌肉僵硬，產生睡眠障礙，更無法有效的在睡眠中放鬆與修復，乃至於慢慢因為廢棄物過多令大腦生病，思想與情緒均難以控管。

關鍵還是「長期」！
如果只是短期或突然的壓力，最多造成一陣子的情緒波動或表情變化而已，必須是長時間處在壓力環境，或者非常深刻的影響，例如：創傷。

身體現象可以做為壓力過高的判別，例如：肩頸緊繃、全身緊繃、眼睛乾澀、嘴唇乾裂、下顎緊咬、頭痛、偏頭痛、頭漲、鼻腔塞住等，其中的部分致因可以試著從腦神經緊繃的方向思考。

先不要緊張，這年頭誰沒有壓力？誰肩頸不緊繃？
問題是。
你有沒有辦法意識到壓力？
你能否紓解這些壓力背後的問題？
你能夠常常感覺到輕鬆與舒適的身心嗎？
能夠先意識到，然後調解它，或者遠離，只要能夠時常令自心放鬆即可，遇到壓力，察覺，處理或不處理，放鬆。

你說：「沒辦法。」
沒辦法的話，某些問題會越來越棘手。
沒辦法也得想辦法，找出辦法，慢慢解決。

肩頸以下的緊繃會影響睡眠品質，令身體的能量越來越差，越來越能修補，像是電池快速老化，充電變慢，電容變少，續航變短。
頭痛、偏頭痛或下顎緊咬等，會嚴重的影響心情，思考不順暢，容易緊張與焦慮，甚至易怒，生氣又造成腦神經與肌肉雙重的緊繃，痛症又更加不適，陷入惡性循環。

最主要的致因是「內在壓力」，而不是外在壓力。
外在壓力僅只是促發內在壓力，如果當事人沒有感受到，或者，經由特殊的修煉可以化解，如：轉念。因此，偶爾也可以見到在環境極端艱難的處境，仍然健康的長大或安然無恙。
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終於，要談「眼睛」了。
這部分比較科普，專有名詞不需要查詢，從實務經驗裡面聊聊，直接忽略專有名詞都可以讀得懂。

眼睛的周遭，由額骨、蝶骨、顴骨、篩骨、淚骨等幾塊骨頭組合而成，此處以功能分類，額骨與意識有關，蝶骨掌管中樞與平衡，顴骨與咬合相關，篩骨及淚骨則與情緒息息相關。換句話說，眼眶部的週遭匯集了幾乎大部分的顱骨板塊。

通常用眼非常出力的人有「過度專注」的現象。
換句話說，滿「執著」的。
伴隨著憤怒，悶氣，悲傷，忍耐等諸多情緒，由於每個人的個性與體質不一樣，而有不同的情緒表現與身體反應。

以成年人來說，至少要先觀察以下幾點：
一、平衡：
1、生活是否平衡？是否過度忙碌？是否過勞？
2、是否承攬過多他人的議題？
二、意識：
1、平日所見所聞都是什麼？
過多負面訊息，例如：新聞與政論節目。
過多使腦神經不正常放電的資訊，例如：驚悚恐怖的影劇，暴力、恐懼與惡意的環境。
2、造成負面心理影響的行為。
例如：抱怨、批評、說謊、傷害他人、不珍惜或破壞物品等。
三、情緒：
1、是否長期沉浸在某種情緒或環境裡？
2、最容易引發情緒的人事物有哪些？如何改善？
四、健康：
1、空氣：是否處在潔淨與安適的處所？
2、陽光：是否按時起居、外出和時常運動？
3、食物和水：飲食知量、來源和料理方式。

以孩子來說，以上幾點可以由家長觀照。
給予平衡的生活條件，不過度優沃，也不至於過於辛苦。
有意識的減少負面訊息的刺激，包含資訊與情緒，玩電動遊戲絕對比看政論新聞或聽父母吵架來的健康，大人的問題大人自己解決，減少情緒化的行為，避免把情緒宣洩在家中和孩子身上。
來自於成年人（尤其父母與老師）言教與身教的衝突，教導與行為不一致是最負面的心理影響，例如：要小孩不要玩電動，自己一直滑手機；叫小孩認真唸書，自己從不讀書；規定小孩要有規律的作息，自己的生活卻亂七八糟；教導遵守交通規則，自己卻常超速；或者，過多的批判，卻沒有建設或實質的建議與結論。

但是，孩子有可能不擅於表達，加上觀察與協助。
觀察：
先「找對比」點（如：上學前與放學後），看看哪邊不一樣，行為，睡眠，言語等；再「找情緒」，看看哪邊有反應，回頭再找孩子遇到的人事物，在學校的環境，老師的個性與品格，同學的家庭與身心狀況等。
協助：
提供豐富的人生選項，不是只有課業或眼前的生活，還有各式各樣的可能，例如：關注他人、友愛環境、親近自然等。
一個人「眼界」開闊，「視力」也不可能太差。
換個說法，不容易太過執著，不過度用力，也不會只專注眼前，當然就能看得遠，看得清晰，很難近視。

留意身體的循環，眼睛是神經末稍最純淨的組織，理論上是不太會生病的設計，只要小孩睡得好、吃得下、排得出，加上很有動力，也常常在外活動，就不會有太多的問題，就連成年人也是如此。
固然，不過度使用眼睛是保養的方法，但真正的關鍵並不是眼睛的使用方式，只要有使用就會有傷害，跟肌肉一樣。
可是，偏偏又不能不使用的時候，更應該注視的是，造成腦神經壓力的根源，以及，身體的修復機能是否良好與眼睛週遭的循環代謝是否順暢。

家長最難的協助，還是在經濟條件，家庭關係，情緒控管，生命議題。
經濟條件最基本容易滿足，夫妻是否合諧，情緒能否內斂調合，是日常生活的考驗，而生命的議題則是心與心的關係，在不言而喻之間發生作用，家長的生命是否修煉或經營出安定、肯定、完整、快樂、喜悅、愛、自信、踏實、誠信、善良、溫暖等正向特質，並能夠多一點照顧、陪伴和愛才是真正的協助，生命是用愛與陪伴澆灌出來的，從來不是用金錢可以買到。
很多人終其一生，不要說全部解決，光是意識到少數幾個問題，或鬆動少數幾個就非常的了不起。

簡單的說，家長自己要先夠放鬆，家長放鬆，孩子也會跟著放鬆，如何讓孩子放鬆？你做什麼放鬆就做什麼，出去玩，做自己喜歡的事，跟放鬆的人相處，親近自然，有些人讀書可以放鬆，有些人運動可以放鬆，每個人適合的都不一樣，但是，興趣可以培養，人生值得探索。

不過，也不用太擔心，兒孫自有兒孫福，生命自然會找到出路，也有很多的案例是在惡劣的環境，長出絕美的姿態，反而過於優沃的生活與過多的協助也有可能限制了另一種可能，自然就好。

「以孩子為師，因教養而令自己變得更完整。」
我認為，這麼想，就可以了。

【HK01】鋰離子電池見末路　新電池開發競賽展開

當手機已從「大哥大」演變到智能電話，鋰離子電池面世廿多年來卻大同小異，離技術瓶頸極限不遠。5G、電動車、太陽能電網、飛天車（flying cars）等各種未來潮流紛紛湧至，正需要一場電池革命來支持。

種種問題使現有的鋰離子電池逐漸走到盡頭，難以應付未來的科技潮流。科學界、業界、初創公司等各有進路，針對不同元件，以不同新材料來徹底改造鋰離子電池。

方向一：鋰矽電池

矽（silicon）是其中一種備受看好的材料，前Tesla員工貝迪基夫斯基 （Gene Berdichevsky） 創立的Sila Nanotechnologies就用矽來着手改善石墨陽極：「在六、七年前開始已看到石墨的局限，現時它在電池的熱動能基本上已發揮至極限。」從結構上來說，每個矽原子可與四個鋰離子結合，作為陽極材料，與相若重量的石墨相比，可儲存十倍數量的鋰離子。但這種優勢亦帶來另一難題，正因為能儲存更多的鋰離子，矽陽極會因而劇烈膨脹最高達400%，充電時會自行毀爛。

針對這個難題，Sila聲稱已找到解決方法。貝迪基夫斯基說經過三萬次嘗試，他們成功創造出一種微米級大小的球體結構，充電時的膨脹只會在結構內部發生，外部不受影響。Sila的技術獲德國車廠BMW青睞，計劃在2023年於部分電動車上使用這種物料，並預期可增加10至15%電池能量。事實上，特斯拉現時的電池陽極已添加了少量的矽，除Sila之外，Enevate、Enovix等初創公司也以矽來開發電池。

方向二：鋰硫電池

鋰硫電池是另一股開發潮流，即利用硫（sulphur）作為電池陰極。電池專家史尼迪卡（David Snydacker）說：「鋰硫電池雖然每公升能量不算很好，但硫陰極勝在夠輕。」不過，這種電池重複充電時會在陰極中產生「枝晶」（dendrites），有可能穿過隔膜接觸陽極，造成短路。

索尼（Sony）聲稱已解決這個問題，並預計於2020年推出使用鋰硫電池的電子產品至市場。同樣針對陰極改良的還有古迪納夫的學生葛蕾（Clare Grey），她正着手研製鋰空氣（Lithium-air）電池。理論上，這種電池可有更高的能量密度，但現階段即使在實驗室也無法穩定地充電，充電次數也有限，遑論在現實中使用。

方向三：固態電池

對於這些進路， 美國電池初創公司Ionic Materials創辦人齊默爾曼（Mike Zimmerman） 認為固態電池（solid-state battery）才是最終答案：「很多人在研究改良不同的陰極、陽極，但對電池發展最大的阻力是電解質，也正是我們努力改進之處。」所謂固態電池，即把現時電池的電極或液態電解質，以一種聚合物的固態材質取代，如玻璃或陶瓷等，這樣做最大好處是電池體積較小且容量高，比現時液態的鋰離子電子更便宜和不易燃外，理論上也更快和更長壽。「同樣容量下，固態電池可提供雙倍能量。第一波固態電池應可在無人機中看到。」史尼迪卡說。

中國飛天車公司億航（Ehang）的共同創辦人熊逸放則補充：「固態電池展現出很高的能量密度，可延長飛行器具的電池壽命，但其他性能例如發電能力仍有待改進。」固態電池何時能推出市面仍屬未知之數，豐田（Toyota）車廠便承認在量產固態電池時仍有些問題尚待解決，另一日本車廠日產（Nissan）的研發及工程高級副總裁淺見孝雄今年4月時更說：「所有固態電池，大致上都仍處於早期研究階段，現階段『實際上是零』。」

方向四：超級電容

在更遠的將來，電池可能不再止於鋰離子。英國初創公司ZapGo正以碳來研製電池，靈感來自超級電容（Supercapacitor）。有別於鋰離子電池所使用的化學方法，電容儲電以物理方式用電場儲電，就像氣球上的靜電。由於不涉及化學反應，電池不會像鋰離子電池般因長年累月充電和發電而快速耗損，故較為長壽。ZapGo創辦人禾拉（Stephen Voller）聲稱其電池可承受10萬次放電，是鋰離子電池的100倍，每天充電的話相當於可用30年。

不過，超級電容儲電量不及鋰離子電池，亦很快無電，鋰離子電池充電後能儲電長達兩周，超級電容則只有幾小時。能源儲存科學家海格特（Donald Highgate）就認為兩者可互補，未來手機可以既有一、兩分鐘快速充電，又有鋰離子電池作後備：「若有快速充電功能，你可以在攪拌咖啡時，讓手機在感應線圈上充電。」但要這樣做，需要對充電器作出修改，因為傳統鋰離子電池的充電設計是刻意減慢充電速度以防止起火，而ZapGo或任何超級電容系統則需要與之相反的充電器。

ZapGo現時仍不夠能量推動一部手機，禾拉預計要到2022年或「iPhone 15」推出時才能面世。然而，包括戴森設計工程學院（Dyson School of Design Engineering）谷巴（Sam Cooper）在內的一些專家質疑，電器商對這種長壽電池是否感興趣：「對手機製造商來說，有很強的經濟誘因讓他們的手機在推出下一代時就『死亡』。」

一枚鋰離子電池造就了一個科技時代，這場最新的電池研發競賽鹿死誰手仍言之過早，但勝出者很可能會改寫出另一個科技時代。

#科技