吳家暉

鋰離子電池技術突破 GRST建廠量產省靚招牌

科技

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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。
吳家暉 (圖片來源:經一編輯部)
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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。

吳家暉 (圖片來源:經一編輯部)
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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。

吳家暉 (圖片來源:經一編輯部)
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「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。」

吳家暉 (圖片來源:受訪者提供)
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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。

吳家暉 (圖片來源:受訪者提供)
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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。

吳家暉 (圖片來源:受訪者提供)
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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。

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「GRST獲得『攜手讓空氣變得更潔淨』獎項,是首間北亞地區的公司獲得這個獎項,大會特別邀請藝人甄子丹頒發獎項給我們。」Karen說。

圖片來源:經一編輯部、受訪者提供