趨勢觀察:全球電動車與潔淨動力

陳勇全,產業顧問、電池工作者,致力于推廣電動賽車與STEAM教育。現任合春國際(股)董事長、浩永國際(股)執行長,曾擔任耐能電池(股)副總經理、高頻企業(股)技術經理、美國Leviton Manufacturing Company策略技術部突波保護材料開發計畫主持人和專案經理。東海化工畢業、美國南加大材料科學碩士和工程師學位,台灣先進電動載具協會創會理事長、美國慈濟分會志工。圖 / 陳勇全提供
陳勇全,產業顧問、電池工作者,致力于推廣電動賽車與STEAM教育。現任合春國際(股)董事長、浩永國際(股)執行長,曾擔任耐能電池(股)副總經理、高頻企業(股)技術經理、美國Leviton Manufacturing Company策略技術部突波保護材料開發計畫主持人和專案經理。東海化工畢業、美國南加大材料科學碩士和工程師學位,台灣先進電動載具協會創會理事長、美國慈濟分會志工。圖 / 陳勇全

全球汽車工業正進行產業轉型,我們算是很幸運的可以躬逢其盛,親身體驗這個轉型過程和實際觀察產業典範的轉移。

轉型趨勢 市佔率先窺究竟

雖然,有人說得「三電」者得天下:電池、電機和電控確實重要;最近,又有人喊出得氫能者得天下。但要瞭解全球汽車工業的轉型趨勢,我們必須先觀察油電車(HEV & PHEV)、純電車(BEV)還有燃料電池車(FCV)的銷售成長與各自占比,才可一窺究竟。

以去年全球潔淨動力的汽車銷售來看,BEV加上PHEV約1050萬輛,全球占比分別為9.5%和3.5%,而各種HEV有將近10%的全球占比,FCV的銷售則不到2萬輛,至於內燃機引擎汽車 (ICE) 的全球占比,已滑落至低於77%。

因勢利導 轉型發展成常態

二十世紀初期,內燃機引擎汽車逐步取代當時盛行的電動汽車後,成為汽車工業發展的主流趨勢,期間長達一百年。直到1990年代,美國加州因為燃油車造成霧霾,嚴重的空污問題再次開始鼓勵車廠開發電動汽車,同時提高ICE汽車的廢氣排放標準,這才讓電動汽車再度受到重視。

Toyota最早在1997年推出Prius油電複合動力汽車 (HEV) 後,持續改善此技術讓引擎與馬達雙動力轉換可以無縫接軌,但也要等到2008年因當時油價高漲才大受歡迎,並在這個領域稱霸全球。

油電車 仍在早期成長階段

雖然Toyota已經銷售超過兩千萬輛HEVs,但我認為HEV現在仍處於早期多數使用者的成長階段 (Early Majority),並且,在各國對降低油耗和減少空污的法規要求下,會逐漸成為燃油車輛的標準配備而繼續成長。

Tesla則是2008年開始銷售Roadster純電池動力汽車 (BEV) ,之後陸續推出Model S和Model X豪華車款,並在2017年正式量產Model 3,直到2019年後才躍居全球電動汽車領導品牌,並促使傳統車廠更積極推出各種的電動車款。

電電車 接近早期成長拐點

我認為,BEV這幾年經由中國和歐盟的大力推動,全球銷售算是已跨越Early Adopters鴻溝,在初期高速成長後正接近Early Majority的拐點,正面臨消費者對性價比有更深思熟慮的考量,因而造成目前銷售不如車廠預期而庫存快速增加的狀況,但仍舊持續在成長。

至於,燃料電池動力汽車 (FCV)雖然Toyota在2014年底就有Mirai車款率先上市,但就算第二代已於2021年8月底在美國加州,創下充飽氫氣單趟行駛1360公里的世界紀錄,我認為還是處於初創的高風險階段 (Innovations)。

FCV初創風險期 靜待2030

因此,我推估FCV需要等到2030年以後,才會像現在的電動汽車發展,跨越5%的Early Adopters鴻溝,而進入Early Majority剛開始的高速成長階段。屆時氫氣的每公斤成本應也已經逐步下降到1或2美元,這將會是促使FCV開始大規模應用的主要誘因。

動力電池是電動汽車的核心,目前全球BEV的發展是以鋰離子電池為主流,包括鋰三元、鋰鐵電池等,都有電動車廠大量採用。Toyota的HEV早期都用鎳氫電池,最近幾年才開始使用鋰電池,至於FCV則是沿用HEV但用燃料電池取代內燃機引擎的雙電池複合動力系統。

說到鋰離子電池的發展,要歸功於1992年Sony為可攜式電子產品所帶來的產業革命,這也是利用數十年來科學家在鋰電池領域的研究成果,讓鋰電池率先應用在行動電話與手提式攝錄影機。

鋰電池 全球潔淨動力主流

經過30年後,鋰電池在日本、韓國和中國相繼用國家力量大力推動下,已成為全球在潔淨動力應用的主流。而生產鋰電池的成本,更在中國廠商投入後大幅下降,並帶動全球電動車產業的蓬勃發展,但鋰電池的基本科技基本上仍沒有太大變化或突破。

直到最近,有媒體開始報導說「如果豐田或任何其他業者製造出來的固態電池能夠具有成本競爭力,實現更長的行駛里程,大幅提昇電池的電力密度,且能在10分鐘就完成充電,將是打破電池業傳統的一大成就」。

固態電池 量產至少等十年

就像英國電池研究機構法拉第研究所共同創辦人兼首席科學家布魯斯所說,「全世界正展開一場固態電池競逐大賽」。美國政府資助的 Argonne 儲能科學合作中心實驗室主任史瑞尼法山也表示,長期而言固態電池是電池產業的「聖杯」。

其實,Toyota 早在2015年就宣稱實驗室已經開發成功固態電池,當時已準備用在電動滑板車做測試,並接續開發生產製程。但根據我過往的經驗,凡是實驗室宣布開發成功的電池產品,大約需要十年的時間,才有可能真正達到商業化量產,更何況是電動汽車這種關乎人命的應用,可能會更久。

這是因為電池這項產品,牽涉的學科領域和技術層次太過複雜,不是像一般電子元件那麼容易掌握,生產電池芯需要透過很多化工製程來控制電池內部的電化學反應及介面現象,且電池做出來又易受環境、使用條件與時間影響。

電池投資多變數 慎始因應

我從2000年加入電池產業,對任何電池投資都告誡朋友要小心謹慎,因為很難只從部分的技術資料或實驗數據就可以瞭解真相,還必須要有足夠的專業和經驗來做判斷,否則就如同買樂透,純粹只能靠運氣投資個希望而已。

五年前我就開始密切關注固態電池的發展,但還是寧可多觀察和等待,因為商機永遠都會存在的,現在只算是時機慢慢成熟了,整個發展趨勢也逐漸明朗,就我所知台灣的廠商也開始相繼投入,明年將會有一番新局面的。

太陽能電動車問世 期待量產

最後要提的是太陽能車,最近高科大的阿波羅太陽能車隊剛完成在澳洲長達1322公里路程的比賽,相當的難得。國外的Aptera 車廠,已經開發出太陽能電動車,雖然距離商業化量產仍有段距離,但台塑集團也已經和對方合作,很期待未來有具體的成果。

 

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