國際多元儲能技術與安全性之研究發展

黃甘杏

台灣電力企業聯合會  顧問

　　隨著全球能源轉型與淨零碳排目標推進，再生能源大量併網已成為各國能源政策的重要方向。然而，太陽光電與風力發電具有間歇性與波動性等特性，對電力系統穩定造成挑戰，因此儲能技術的重要性日益提升。本文探討國際多元儲能技術之發展現況，分析電化學儲能、機械儲能與熱儲能等主要技術類型之特性、優勢及限制，並進一步說明鋰離子電池與液流電池於電網端之應用與互補性。此外，本文亦探討鋰離子及鈉離子電池儲能系統的安全性發展。未來儲能發展將朝向「多元並行、優勢互補」方向演進，提升電網韌性與再生能源整合能力，成為實現淨零碳排之重要基礎。

關鍵詞：儲能技術、鋰離子電池、液流電池、鈉離子電池

壹、前言

　　全球正積極推動能源轉型與淨零碳排政策，再生能源如太陽光電與風力發電裝置容量快速增加。然而，再生能源受天候影響明顯，具間歇性與不穩定性，使電力系統面臨供需平衡與頻率穩定之挑戰。因此，儲能系統已成為支撐再生能源發展與提升電網韌性的關鍵技術。國際能源署（IEA）指出，若要達成《巴黎協定》減碳目標，除需大規模導入再生能源外，更須仰賴儲能系統進行電力調節與備援。

　　近年來，全球儲能技術呈現多元化發展趨勢。鋰離子電池因高能量密度與技術成熟而廣泛應用，但也面臨安全性與關鍵材料供應風險；液流電池、鈉離子電池及熱儲能等新興技術則逐漸受到重視。
 

貳、儲能技術發展現況

一、電化學儲能

電化學儲能為目前應用最成熟之儲能方式，主要包括鋰離子電池、鉛酸電池、鈉離子電池及液流電池，其特性說明如下：

（一）鋰離子電池

鋰離子電池具備高能量密度、高效率與快速反應等優勢，廣泛應用於電動車與電網儲能系統。近十年來，隨著量產規模擴大，其成本已大幅下降。然而，鋰電池仍存在熱失控風險、循環壽命有限以及高度依賴鋰、鈷、鎳等關鍵礦物等問題。

（二）鈉離子電池

鈉離子電池因鈉資源豐富且價格低廉，被視為鋰電池的重要替代技術。近年來其能量密度已逐步提升，未來在大型電網儲能領域具有發展潛力。

（三）液流電池

液流電池具有高安全性、長循環壽命及容量與功率可分離設計等優點，特別適合長時間儲能。全釩液流電池（VRB）為目前最成熟之液流電池技術，但仍面臨能量密度低與初期建置成本偏高等問題。

二、機械儲能

（一）抽水蓄能

抽水蓄能是全球規模最大的儲能技術，占全球儲能容量九成以上。其具有容量大、效率高及壽命長等優點，但需依賴特殊地形與水文條件。

（二）壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能（CAES）適合長時間儲能，但傳統系統效率較低。近年新型絕熱式CAES技術透過熱能回收，可有效提升整體效率。

（三）飛輪儲能

飛輪儲能具備快速反應、高功率密度與長循環壽命等特性，適用於調頻與短時備援，但不適合長時間儲能。

三、熱儲能

　　熱儲能係將能量以熱能形式儲存，主要包括熔鹽儲能、相變材料儲能及高溫固體儲能。熔鹽儲能可與太陽能熱發電結合，提供長時間穩定供電；相變材料儲能則適用於建築與工業餘熱回收；高溫固體儲能則可結合工業製程與再生能源應用。雖然熱儲能效率較低，但其成本低且可大規模建設，未來在工業減碳與能源利用方面具有重要潛力。

參、儲能系統於電網之應用

一、鋰離子電池之應用

　　鋰離子電池具備高功率密度與快速響應能力，適合應用於頻率調節、再生能源平滑化與備援電力系統。例如，美國PJM與台電輔助服務市場均已大量採用鋰電池進行調頻服務。然而，鋰電池仍面臨循環壽命、安全風險與材料供應鏈等問題，因此未來將朝向固態電池、無鈷電池與電動車退役電池二次利用等方向發展。

二、液流電池之應用

　　液流電池特別適合長時間儲能與削峰填谷應用，可提供4至12小時以上持續供電能力。其高安全性與長壽命特性，使其適合應用於再生能源高占比電網與微電網系統。然而，液流電池仍面臨能量密度低與建置成本高等挑戰，因此需透過材料創新與製程優化改善經濟性。

三、鋰電池與液流電池之互補性

　　鋰電池與液流電池並非完全競爭，而是具有互補關係。鋰電池適合秒級快速調節與輔助服務；液流電池則適合長時間供能與尖峰負載管理。未來高比例再生能源電網將需結合兩種技術，形成「短時調節＋長時供能」之混合儲能架構。

肆、電池儲能安全性技術之發展

一、鋰離子電池安全性技術

　　近年來，鋰離子電池安全技術已成為電動車與大型儲能系統發展的核心議題。由於鋰離子電池在過充、短路、機械損傷或高溫環境下可能引發熱失控（Thermal Runaway），進而導致火災或爆炸，因此全球產業與學界持續投入安全技術研發。目前主要發展方向包括高熱穩定性正極材料、阻燃電解液、固態電解質及智慧電池管理系統（BMS）。其中，磷酸鐵鋰（LFP）電池因熱穩定性較高，已廣泛應用於儲能及電動車領域；固態電池則以不可燃固體電解質取代傳統有機電解液，被視為下一代高安全電池技術。

　　此外，由於感測器與人工智慧技術的導入，使電池能即時監測溫度、電壓及氣體異常，能提前預警潛在風險，使其安全性增加。近年的研究更發展出自修復材料、熱抑制添加劑及可聚合不燃電解液等創新技術，可在熱失控初期主動抑制反應擴大。整體而言，鋰離子電池安全技術已從傳統的被動防護，逐步邁向主動預警與本質安全之設計，不僅提升產品可靠性，也為電動運輸與再生能源儲能系統的大規模應用奠定重要基礎。

二、鈉離子電池安全性技術

　　中國科學院物理研究所研究團隊於《自然能源》（Nature Energy）發表最新研究，成功開發一種自保護型可聚合不燃電解液（Polymerizable Nonflammable Electrolyte, PNE），首次實現安時級鈉離子電池「零熱失控」，為鈉離子電池商業化帶來重大突破。該技術採用三重安全機制：首先，電解液在受熱初期可吸收熱量，抑制放熱反應；其次，當溫度超過150°C時，液態電解液會原位聚合形成固態保護網絡，防止隔膜熔化及內部短路；第三，雙鹽體系可在電極表面形成穩定保護層，提升高壓運行穩定性與循環壽命。研究顯示，採用PNE的鈉離子電池成功通過釘刺測試及300°C高溫箱測試，展現極高安全性。同時兼具優異電化學性能，具備-40°C至60°C寬溫域運作能力及超過4.3V的高電壓穩定性。由於原料均為市售材料，具備低成本及量產潛力，未來有望成為高能量密度、高安全性儲能與電動車電池的重要技術方案。

伍、結論

　　儲能技術已成為全球能源轉型的重要支柱。電化學、機械與熱儲能各具優勢，未來將呈現多元並行與互補發展趨勢。其中，鋰離子電池將持續主導短時間快速調節市場，而液流電池則在長時間儲能領域展現潛力。隨著電池儲能安全性技術之發展，未來透過儲能技術與智慧電網設備整合，將有效提升再生能源併網能力、強化供電韌性，並實現全球淨零碳排目標。

陸、參考文獻

1.International Energy Agency (IEA), Energy Storage and Net Zero Pathways.

2. ESS News，2026.4.10，Researchers make significant advancement into thermal runaway-free sodium-ion batteries

，https://www.ess-news.com/2026/04/10/researchers-make-significant-advancement-into-thermal-runaway-free-sodium-ion-batteries/