鋰離子電池技術突破 GRST建廠量產省靚招牌

科技

Apr 2 2024

世界氣象組織確認，2023年是有記錄以來最熱的年份，還預計今年可能會更熱，全球暖化帶來的危機迫在眉睫，各國都需要急謀對策。採用環保能源當然是最有效減少碳排放的方法之一，所以愈來愈多範疇使用電能，不過儲電設備的生產過程其實並不環保。本港初創公司GRST突破技術限制，研發出環保鋰離子電池，大幅減少碳排放，最近獲得環保界奧斯卡獎項，並且開始量產，「綠化」電池行業。

鋰離子電池於上世紀90年代發明，經歷30多年的發展，經已成為相對成熟的儲電技術，但期間沒有太大的突破。鋰離子電池的結構，包含了正極片及負極片，由產生電流的金屬化學元素，黏附在極片之上，然後再與鋁片或銅片黏合。正極片及負極片製作完成後，一正一負地疊在一起，中間由紙張隔開，然後加入電解液，用其他物料密封並抽真空，再加上外殼。

申請逾500項專利

負極片是石墨（Graphite）黏附在銅片之上，現在經已普遍使用水性溶劑黏合，因為石墨與水不會產生太大的化學作用。
至於正極片，產生電流的金屬化學元素，包括鋰（Lithium）、鎳（Nickel）及鈷（Cobalt），遇上水便會產生極強的化學作用，影響性能，所以傳統方法是使用油性溶劑生產。

GRST首席營運官吳家暉（Karen）說：「我們突破了技術限制，研發出WATMAR³超環保水性生產技術，使用水性溶劑生產正極片。由生產至回收的過程之中，至今累計申請超過500項專利，其中逾200項經已獲得審批。」

WATMAR³超環保水性生產技術共有三個好處。首先是大幅減少碳排放達四成。傳統的生產技術，由於需要盡量減少水分，所以必須經過乾燥的過程，使用超過140度的高溫蒸發所有水份；使用水性溶劑只需60至70度，大幅減低用電量。其次，傳統使用的油性溶劑含有NMP，包含有毒物料，歐盟一直希望禁止使用；油性溶劑同時含有PVdF，進入水源之後，難以分解，對環境及人體帶來負面影響。第三，傳統的鋰離子電池回收較為困難，回收商先拆開外殼，然後將材料分開，需要使用高溫燃燒或者加入強酸，將極片上的金屬化學元素變成粉狀，然後再拿去回收。

「回收過程耗用大量電能，造成污染，回收的器材價格高昂，而且抽取金屬化學元素過程需時較長，金屬化學元素亦可能含有雜質，影響回收價錢。」GRST生產的鋰離子電池在回收拆開後，只需要在極片加入普通的水，便能夠將之溶解，容易從中提取純度較高的金屬化學元素，方便回收；由於毋須使用高溫，故能夠減少高達九成的碳排放。

替代鉛酸電池

使用WATMAR³超環保水性生產技術生產鋰離子電池，過程與傳統的分別不大，只是當中使用的材料不同，主要是將正極片與鋁片黏合使用的溶劑，傳統的使用油性溶劑；GRST使用水性溶劑。「我們的技術最大的分別在於使用水性溶劑，以及塗佈的步驟，黏合後，需要因應應用範疇再作剪裁。」

一向以來，這些金屬化學元素與水不能共存，所以對於電池業界來說，這種技術可說是匪夷所思。「電池的安全要求非常高，在實驗室試驗成功，商界也未必輕易相信，對於大規模量產及實際應用往往存在疑問。」所以GRST與合作夥伴組成合資公司，在浙江設立廠房，去年下半年開始量產。GRST生產的鋰離子電池，現時主要應用於充電寶；另外亦有應用於內地的電動電單車。

這種環保鋰離子電池可以用來替代鉛酸電池，例如應用在高球車，鉛酸含有毒物質，雖然性能未必非常好，但是價格相對便宜。「鋰離子電池的價格已大幅下調，但仍然是鉛酸電池的兩至三倍，但是用量可能是五倍或以上，長遠來說較為划算。」

近年流行電動車，但是汽車使用的大型電池是另一個賽道，車廠對電池的安全性極之嚴謹，測試過程長達數年，需要極大的投入，然後等待較長時間，才能夠推出市場。「所以我們先集中於小型家用儲能設備，累積不同的經驗後，再以事實說服大型汽車生產商，然後才進入這個市場。」由於量產剛剛起步，GRST待三至五年後，市場上累積一定數量的環保鋰離子電池，才開展回收計劃，以符合成本效益。

市場需要教育

GRST共有兩名創辦人，GRST首席執行官兼聯合創辦人孔源從事環保物料研究，曾經參與研究易潔鑊的水性塗層，現時嘗試將相關技術引入鋰離子電池。GRST首席科技官兼聯合創辦人何錦鏢博士曾經在納米及先進材料研究所（NAMI）工作，擁有多年的研發經驗，而且專注於電池。

兩人於2015年成立GRST，隨即成為香港科技園的培育公司，現時晉身至精英企業計劃，能夠獲得不同層面的支援。GRST一直獲得不同的天使投資者支持，現正開始物色機構投資者。「我們希望在未來兩至三年，能夠籌集5,000萬美元的資金，可能分開兩至三輪集資。」

Karen於去年加入GRST，她本身是電機工程師，畢業於麻省理工大學，其後加入金融業。「在金融界工作多年，其後接觸到影響力投資，因而認識GRST創辦人，而我本身是一間上市電池公司的非執行董事，對這個行業行業非常熟悉。」

市場研究公司IHS Markit的數據顯示，隨著電動車普及化，全球對鋰離子電池的年度需求預計，將從2020年的約230 GWh急升至2030年的近1,700 GWh。「市場雖然具有潛力，但是轉用環保電池並不是一朝一夕的事情，而需要慢慢改變，尤其要有誘因，包括政府推行相關政策，以及顧客的需求，雙方一起推動才能成事。」

以淘汰塑膠為例，政府就膠袋徵收費用，但是顧客需要知道市場上有哪些替代物品，才能夠有效令顧客減少使用膠袋。「當顧客明白環保電池的表現與價格，與傳統的選擇差不多，但是可以更加環保，這樣便有助推動顧客選擇。」歐盟於2025年正式實施電池護照（battery passport）措施，2kwh以上的電池必須附有相關證明，展示一切有用資訊，包括生產物料的碳足跡，讓消費者一目了然，這無疑為GRST的發展帶來正面影響，現時已經有不少歐洲客戶表示興趣。

獲環保界奧斯卡

國際性獎項The Earthshot Prize（為地球奮鬥獎）由威廉王子領導的皇家基金會慈善組織於2020年發起，旨在為應對全球環境挑戰的創新解決方案提供資金支持，可說是環保界的奧斯卡，去年舉行第三屆。

這屆獲得提名的超過4,000間公司，經評審選出15間入圍公司，最後在五個範疇各選出一間企業，包括「保護與恢復自然風貌」（Protect and Restore Nature）、「攜手讓空氣變得更潔淨」（Clean our Air）、「讓海洋生機盎然」（Revive our Oceans）、「建立無廢世界」（Build a Waste-Free World）及「共同解決氣候」（Fix our Climate），每位得獎者均會獲得100萬英鎊（約993萬港元），用作拓展其創新項目。