電池基本知識：追求環保的轉變

您會有興趣閱讀這篇文章，可能是因為家裡總是備有 AA 電池，以便供電給數位相機和任天堂 Game Boy 遊戲機等裝置。您或您的父母可能還曾買過手錶用的小顆圓形鈕扣型電池。而如今，電池在我們的生活中依然無所不在，遙控玩具、煙霧偵測器、筆記型電腦、平板裝置和智慧型手機都會用到電池。此外，隨著廢棄物安全棄置等市場趨勢的興起，電池也跟著出現新的應用。連續式血糖監測儀 (CGM) 貼片、包裝出貨用智慧型標籤，以及隨時顯示變動安全 PIN 碼的支付卡等，都是以安全棄置為首要目標的新型電池應用範例。

一次和二次電池的比較

為何要回顧過去、展望未來？如果您對上述的回顧或新興應用略知一二，想必就會知道兩種最常見的電池類型是一次和二次電池。一次電池即非充電式電池。您的舊款數位相機使用的 AA 電池，或您父親手錶裡的 CR2032 鈕扣型電池就是一次電池。而智慧型手機使用的鋰離子電池就是充電式電池，這種電池又稱為二次電池。簡單來說：

• 一次電池無法充電，例如鹼性電池和鋰電池
• 二次電池可充電，例如鋰離子 (Li-ion) 電池、鎳鎘 (NiCd) 電池、鎳氫電池 (NiMH) 等

這兩種類型電池都具有小體積、大蓄電量的特點，但在電力和環保方面也都有其各自的缺點。例如，一次鋰電池的能量密度向來高於對應的充電式鋰離子電池，但使用一次之後就需丟棄 (資料來源：Sciencing)。雖然二次電池可以充電，乍看起來可能對環境更為友善，但是經過多次充電後，效能也會低落，就必須丟棄。

拋棄式薄膜電池：永續的替代方案

(圖片來源：Molex)

目前市面有眾多不同的電池類別及款式，但有一類電池在逐漸興起的物聯網 (IoT)、穿戴式裝置與環境感測器市場中越來越受到青睞，那就是撓性印刷式薄膜電池 (資料來源：IDTechEx)。為方便解說，我們將重點放在一般類別的撓性印刷式薄膜電池上，此類電池也稱作固態薄膜電池。這個名稱能讓我們更深入瞭解在此討論的電池類別。固態電池故名思義就是固態產品，結構內部沒有使用凝膠或液體 (資料來源：Qnovo)。薄膜電池採用超薄的材料層或薄膜進行設計和製造，而這種薄型設計正是這類電池呈現高度撓性，並受到穿戴式感應器巿場青睞的原因之一。這類固態薄膜電池，有很多都能滿足市場對薄度和撓性的需求，但往往還是採用以鋰為主的化學物或其他化學物，因此對環境還是有潛在毒性。

考量到每年都會丟棄大量的電池，這些電池的廣泛使用和毒性就成了問題。隨著筆記型電腦和智慧型手機等電子裝置需求的增加，每年產生的廢棄物數量也跟著增加 (資料來源：Sciencing)。電池通常無法進行生物分解，如果未謹慎棄置，有毒金屬和化學物質可能會釋入土壤。如今，許多國家都有針對電池的棄置制訂法規並提供回收計畫。這些計畫有助於回收電池中的金屬，並抑制電池棄置對環境造成的負面影響。

電池棄置法規，再加上物聯網裝置與日俱增的用電和連接需求，促使企業紛紛探索既安全又具永續性的替代品，以取代電池中的有害化學物質。Molex 的全新薄膜電池系列就是此類解決方案。與其他同類鋰電池不同的是，此款電池的化學機制採用鋅二氧化錳，能讓最終使用者更安全便利地進行棄置。

Molex 的優勢

物聯網協助擴展無線傳輸應用，如穿戴式感應裝置和供電智慧標籤。不過，許多印刷電池無法提供無線資料傳輸所需的峰值電流。Molex 提供可符合這些峰值電流需求的電池，因應這些挑戰。此外，這些電池為薄型、撓性，且相較於鋰化學機制的電池，更可安全棄置。Molex 的薄膜電池具有數種獨特的特點和優勢。授權獨特的技術，可在同一平面上製造陽極和陰極。這項垂直結構可減少內部電阻值和覆蓋區。鋰電源在未恰當處理時有自燃的危險。相反的，Molex 薄膜電池在正常儲存和操作狀態下可保持穩定。這些電池被視為無危險性，並且能視為一般都市廢物棄置。這些電池與相似化學機制的電池相比，也有更高的峰值電流和可用容量，這對無線感測或傳輸資料的裝置而言很重要。此電池具備薄且彈性的外型，可在曲面彎折，適用於多種產品，能提升設計彈性。最後，此電池提供 1.5 V 和 3 V 配置，搭配以上特點非常適合低功率、單一用途應用。

薄膜電池的實際應用

從實際的使用案例可以看出，薄膜電池在重視纖薄、可撓性、可棄置性及小覆蓋區等特性的應用中較有發揮空間，也可預見此巿場會持續成長。特別值得一提的使用案例是，將薄膜電池用在超高頻 (UHF) 智慧型溫度掛牌中。這些掛牌的大小類似信用卡，厚度則比標準列印紙張略厚。冷鏈物流管理員將這些標記用於對溫度敏感的產品上。這些智慧溫度掛牌採用多種技術組合，包括 RFID、智慧溫度感測和印刷式薄膜電池，在產品運送和儲藏期間精準追蹤時間與溫度 (資料來源：Enfucell)。

此外，消費性產品、美容和醫療巿場，也正在測試薄膜電池應用的可行性。其中一個橫跨消費性和美容市場的應用就是帶電眼罩。這種眼罩採用的微電流裝置，是由撓性印刷電池、電極、膠帶和蓋板組成 (資料來源：Enfucell)。將貼片置於皮膚上就會瞬間產生電流迴路，讓保養品從眼罩中的活性電極流向皮膚 (資料來源：Enfucell)。薄膜電池在消費性巿場的其他應用還有穿戴式電子裝置及運動監測裝置，例如貼附在高爾夫球桿桿頭旁邊，用來測量加速度和角速度的低功率藍牙 (BLE) 感測器貼片 (資料來源：Enfucell)。而拋棄式薄膜電池的醫療應用則包括病患診斷、治療及監測裝置。

在過去 200 年間，我們在開發新型電池和各種類型電池方面大有斬獲，可滿足全球日常裝置和應用不斷增長的供電需求。最近，企業已著手使用蘊藏量豐富、可永續使用，且對環境及人體無害的材料開發電池。採用鋅二氧化錳等有機化學物 (在本影片中重點介紹)，以及相關化學物製成的撓性印刷薄膜電池，便是電池未來朝更環保的方向開發的證明。工業、物聯網、消費性及醫療等巿場，已成功地實驗和製造出以薄膜電池供電的產品。為了提高這些電池的電容量和可製造性，需要進行更多的開發工作，但對開發人員來說，有個問題更為急迫：我們接下來要在哪裡應用薄膜電池？