今夏暢玩傳統藝術也不用擔心碳足跡──宜蘭傳藝園區能源管理系統新啟用！

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

• 作者：彭姿寧、周丞祺、康育綸／新店高中

「數感盃青少年寫作競賽」提供國中、高中職學生在培養數學素養後，一個絕佳的發揮舞台。本競賽鼓勵學生跨領域學習，運用數學知識，培養及展現邏輯思考與文字撰寫的能力，盼提升臺灣青少年科普寫作的風氣以及對數學的興趣。
本文為 2021 數感盃青少年寫作競賽／高中組專題報導類佳作之作品，為盡量完整呈現學生之作品樣貌，本文除首圖及標點符號、錯字之外並未進行其他大幅度編修。

一、研究動機 

台灣每個奇數月的 25 號是發票開獎的日子，不少人用行動載具存發票，取代紙張發票的使用，以減少樹木砍伐，保護環境。一般民眾在購物時，最常見的商品價格標籤大部分還是以紙張形式（紙價卡），但若能夠將全面設為電子紙貨價標籤（下簡稱「電子標籤」），又將能減少多少的樹木砍伐和更換的人力成本呢？對於環境的改善與影響是否划算呢？

二、研究背景 

（一）以 7-11 為研究對象，將實地訪查結果整理如下表：

（二）透過實地訪查與網路搜尋，整理紙本商品價卡和電子貨架標籤資訊比較，如下表：

三、探究過程 

（一）歷年來時薪的調整 

 雖然目前的時薪是 160 元／hr，但過去已有多次調整，因此考慮薪資的平均成長率。一個電子標籤的壽命是 6 年，所以我們取 104 年到 109 年期間的薪資調整。根據中華民國勞動部網站表示，薪資調整如下： 

運用「幾何平均數」來計算基本薪資每年平均成長率為 1.057：  \( \sqrt[5]{1.0500\times 1.0555\times 1.0526\times 1.0533\times 1.0714} \) ≒ 1.057

訪問結果可知 1 週需要花 1+0.5+0.5=2 小時的時間在價卡上，一個月大約有 4 週， 所以每個月需要花 2×4=8 小時的時間在這，每年則是 8×12=96 小時。我們有了調整倍律（公比），以及 110 年（首項）到 115 年（末項）的時薪，使用「等比級數」計算未來 6 年需花費的人力成本為 153600 元（110 年每小時基本工資為 160）。

 \( S6= \frac{96\times 160\left [ 1-\left ( 1.057 \right )^{6} \right ]}{1-1.057} \) ≒ 1.06335

（二）環境影響－樹木砍伐與碳足跡： 

我們上網蒐集樹木所能製造的產量。每噸紙漿可以做出 40 箱 5000 張紙，1 噸紙漿約需砍掉 24 棵高度 12 公尺、直徑 15~20 公分的樹木，所以 1 箱的紙需要砍掉：24÷40=0.6 棵樹 

1 箱的紙有 5000 張，因此 1 張 A4 紙需要： 0.6÷5000=0.00012 棵樹 

在保育環境方面，透過產品碳足跡資訊網，我們可以得知一包 500 張的 A4 紙的碳足跡為 3.8kg CO2e，一張 A4 紙的碳足跡為：3.8÷500=0.0076kg CO2e  

（三）紙本商品價卡與電子貨價標籤成本分析： 

更換時間這方面，人力更換 2 週換 250 張，1 次換 1 小時，1 個月大約有 4 週， 可得 1 個月換 250×2=500 張紙需要花費：1×2=2 小時 

（1）若新開一間便利商店，使用紙本商品價卡成本分析： 

一包 A4 大小的紙價卡有 20 張，價格為 47 元。而 1 張 A4 大小的紙可以分成 48 張的價卡，所以 1 包可以分成 20×48=960 張的價卡，是全店 960÷1000=0.96 倍所 以全店紙張需花費 47÷0.96≒49 元 

根據店員所述，自行影印全電價卡的墨水費為 5 元左右，耗時 1.5 小時，耗電為 2 度電，而 1 度電為 1.5 元，所以電費是 2×1.5=3 元。 

價格卡上的字，是使用條碼掃得商品資訊，掃描再加上更換的時間，全店更換則需要 4 小時。目前總共是要花 5.5 小時去更換全商店的價卡，再加上平時的檢查和清點等其他時間，一共要 8 小時左右，目前員工的薪水是 160/hr，所以全部費用是 49+5+3+8×160=1337 元。

於環境方面，1000 張價卡相當於：砍 1000÷48×0.00012=0.0025 棵樹排放 1000÷48×0.1538=3.297kg CO2e。 

（2）若一間便利商店六年，「紙本商品價卡」與「電子貨架標籤」成本比較：

我們知道 2 週花 1 小時換 250 張價卡，1 個月大約為 4 週，算出 1 個月大約要花 1×2 小時換 250×2=500 張紙價卡。電子標籤的壽命是 5~7 年上下，我們打算以平均的 6 年（72 個月）為基準去估算。 

• 「紙本商品價卡成本」： 

紙本商品價卡須花費 [(1000+500×72)÷960]×47+106335 ≒ 108146 元 

對於環境相當於砍伐 37000÷1000×0.0025×72=6.66 棵樹，並排放 37000÷1000×0.1583×72≒421.7kg 的 CO2e。 

• 「電子貨架標籤成本」： 

1 個電子標籤是 140 元，全店一千項商品更換全部需要 140×1000=140000 元， 電子標籤更換效率是 3000 張/hr，而 6 年內會換 36000 張，需耗費 6000÷3000=12 小時。 

所以將紙本商品價卡更換成電子貨架標籤會少花費 236760-140000=96760 元，並省下人工耗費 (72×2)-12=132 個小時，減輕許多員工的工作量。

（四）不同規模商場比較 

以 6 年（110 年~115 年）為期限，假設中型商場（營業面積 200 至 2,000 坪）的用量是小型商場（營業面積 60 至 200 坪）10 倍，更換量是 5 倍，其他成本是 10 倍； 大型商場（營業面積超過 2,000 坪）的用量是小型商場的 30 倍，更換量是 15 倍， 其他成本是 30 倍。

因此由仿照前面的計算方式，可以推算不同規模商場使用不同商品價格卡所需成本：

四、發現與結論 

雖然汰換電子標籤並不是很划算，但與年營業額相比，更換的錢就像沙漠裡的一粒沙。電子貨架標籤不止能以彩色文字顯示商品價格，也能以圖案顯示顯示品牌 Logo，或顯示二維條碼，讓顧客立即掃描瞭解商品產銷履歷，除了能更吸引顧客目光、拉長顧客在店內停留時間進而提高商品購買數量，或者是另類廣告行銷等優勢，但因為這些為潛在效益，若不考慮價格，也可能吸引部分銷售業者使用。 

參考資料

1. POS系統加值服務：電子標籤一秒完成你的售價更新！
2. 到賣場買東西還要比價？電子標籤直接幫你比！
3. 銷售時點情報系統
4. 無線電紙整合線上線下　電子貨架標籤造就智慧零售
5. 電子貨架標籤
6. 紙張碳足跡基本資訊
7. 勞動部：基本工資之制訂與調整經過（歷年薪資調整）
8. 公交站牌變電子墨水屏黑白，代價是什麼？LCD與墨水屏技術的優缺點（電子標籤碳足跡）
9. １度電排放多少二氧化碳？（電力碳足跡）
10. 便利商店（商場定義）

本文由 宜蘭縣政府環境保護局 委託，泛科學企劃執行

• 採訪寫作／陳儀珈

位於宜蘭縣五結鄉的宜蘭傳藝園區，是個小小的時光隧道。與親朋好友一起踏入紅磚街屋，就能一窺臺灣早期的生活樣貌。不僅能品嘗糖葫蘆、椪糖與拉糖蔥等傳統小吃，還能親身觀看各種戲劇表演活動，了解早期臺灣人的生活。

當大家沉浸在臺灣傳統文化的洗禮時，園區也默默引進了新科技，為大家帶來更美好的遊園體驗。負責營運宜蘭傳藝園區的全聯善美文化藝術基金會近期剛剛更新了能源管理系統，除了可以讓大家各夜景美照不漏拍，也能有效率兼顧節能與環保！

辣麼大的園區要花多少時間開關燈？

讓大家掉入時光隧道流連忘返的宜蘭傳藝園區，整體占地達 24 公頃、幅員遼闊。過去園區內所有的電源開關都要靠著員工從頭巡到尾，以人工方式一個個去開關。

「從這一頭走到那一頭，就要花掉超過半個小時……。」全聯善美的文化藝術基金會管服處黃國祿總監接受泛科學訪問時表示。人工開關電源，整個園區的冷氣、照明開關時間差可能會達到近一個小時。人工開關不僅對管理造成負擔，時間差對於電力也是種浪費，更讓工作人員無法及時調整園區的電力狀況。

黃總監還舉例說明，過去若是遇上節慶的特別活動，例如過年期間的表演彩排，基金會就需要安排額外的員工加夜班，就只為了兩件事情：「開電」和「關電」，才能夠在夜間提供照明進行彩排。

為改善低效率的人工作業流程、改善電力控管效率，全聯善美的文化藝術基金會在經濟部能源局及宜蘭縣政府支持下，自 2017 年起著手規劃「能源管理系統」(EMS)，將電燈、冷氣等電力設備全都連上光纖網路，再傳送到中央管理系統。系統建置完備後，總算讓工作人員得以直接、及時透過系統管理整個園區的用電狀況。

然而，建置能源管理系統並非簡單事，從硬體到軟體，都需由專業人員處理，因此在規劃過程中，均有低碳節能輔導團、臺灣產業服務基金會來協助宜蘭傳藝園區提案、接洽廠商並且勘查場地現況。

提及建置過程中最需要克服的困境，黃總監毫不猶豫地說：「整理線路是最辛苦的事！」。

當開始規劃系統建置、勘查場地狀況時，這才發現由於宜蘭傳藝園區自 2003 年開始營運，園區線路系統長期未更新彼此混亂交纏。因此，初期花費了不少心力在重新整頓線路，成為建置期間非常浩大的工程。

而且，許多線路必須爬上屋頂才能處理，但是白天是遊客聚集、人潮眾多的時間，逼不得已之下，只在能夜間進行施工。

若有小偷這時偷偷潛入傳藝，大概會被「夜晚飛簷走壁的武林高手」給嚇跑吧！

不用再苦力巡園，一鍵開關成就Get

走過艱辛的籌備期，現在的宜蘭傳藝園區終於可以「一鍵開燈」、「一鍵關冷氣」。工作人員只需坐在辦公室，就能遠端掌控整個園區的亮、暗、冷、暖，及時照顧到每一位遊客的遊園品質。

除了讓工作人員可以更機動因應園區狀況，能源管理系統也有許多其他重要的功能，例如：警報系統、設定 KPI 和資訊報表。能源管理系統可以隨時計算統計用電量，當園區用電量超過警戒值的時候，會由警報系統發出提醒。

此外，透過能源管理系統的資訊報表，工作人員能一眼看出園區的用電狀況，關閉不必要的電器設備，甚至把特別耗電的小壞蛋抓出來。另外除了透過系統管控，基金會也陸續更新設備，例如把一般燈泡改為 LED 燈、將老舊電器換新，就能省下許多不必要的電費。

由於整個園區的建築群相當壯闊，開冷氣的時間多耗一分鐘，就會浪費非常驚人的電量。因此基金會以「分鐘」為單位，精準控制開冷氣的時間，並且設定年度的省電 KPI，讓宜蘭傳藝一年比一年更省電！黃總監告訴我們的小祕密：現在是開園前「12分鐘」開空調！可以分秒計較、既省電又有效，當然也是能源管理系統的功勞。

自 106 年以來，根據基金會的統計指出，使用能源管理系統後，光是冷氣的部分，平均一年就可以省下將近 10 萬度的電量，等於一年節省了 30 多萬元。

使用能源管理系統的優點，可不只是省電、省錢而已，對於園區內的環境來說，也是一大福音。宜蘭傳藝園區擁有幅員廣闊的綠色植栽，在園區打烊後，透過能源管理系統的排程設定，就能讓園區環境獲得喘息的空間，使生態擁有符合大自然的「生理時鐘」。

智慧點燈，科技風的宜蘭傳藝園區

宜蘭傳藝園區的夜間景點是不少遊客必追的打卡熱點，像是魚耀隧道亮燈就被網友封為「最浪漫地標」，而在能源管理系統的設置下，開關燈的時間可以非常準確，讓拍照的遊客們可以準時享有美景美照。

此外，能源管理系統更能讓遊客不知不覺間，享受唯美又舒適的遊園體驗！

像是，當天色漸暗，整個園區被黃昏暮色籠罩著時，燈就會在朦朧之間微微的亮起。在工作人員的精心安排之下，整個園區的氣氛都被控制的恰恰好，不會讓人感受到絲毫刻意，你只會無意識地驚嘆一聲：「傳藝好美啊！」然後在 Google 評價給五顆星！

透過這些一點一滴的改變和用心，基金會為遊客打造最舒服的遊園環境，遊客讚嘆之餘，也因喜愛而不斷回訪。對於園方來說，在節能減碳之外，這才是經營園區最有成就感的所在。

目前基金會只完成第一期能管系統的建置，範圍包含三條老街、小吃坊和觀景樓等人潮最多的地方。未來，當基金會開啟第二、三期計畫後，將會開始管理野外景觀區、停車場區這些更遠的區域。基金會預計將在這些區域使用無線網路管理電力設備，因應科技進展，完成符合網路時代的管理機制。

就讓我們一同期待越來越科技的宜蘭傳藝園區吧！

本文由 宜蘭縣政府環境保護局 委託，泛科學企劃執行

本文由 UL 委託，泛科學企劃執行

• 文／陳亭瑋

2019 年的諾貝爾化學獎頒給了發明鋰電池的三位科學家，因為他們的貢獻，讓我們的世界現在隨處可見輕便的手機、筆電以及電動車。在享受鋰電池帶來便利生活的同時，我們也不能忽略其潛在風險。像是 2016 年三星 Galaxy Note 7 手機的爆炸事件，正是電池設計與品質控管不良等綜合因素所造成；電動車在充電或正常操作時起火燃燒等鋰電池意外也時有所聞。

究竟是哪些因素，讓鋰電池出錯、發生自燃或爆炸的意外呢？這要先從鋰電池的構造說起。

鋰電池內部主要是由正極、電解液、負極、隔離膜四大部分組成，加上外殼封裝之後,  就成為可以獨立運作的基礎單元，一般稱為「電芯」。為了有效管理電池效能，並限制電池因錯誤操作所造成的危險，一個或多個電芯還必須進一步連接管理系統電路板，有時甚至配備主動或被動式散熱系統，加上電池外殼進行最後封裝，才成為一般使用者所看到的鋰電池。

鋰電池的充放電都是化學反應。充電時，鋰離子會由正極往負極移動，放電時則反過來。而像這類的化學反應都會放出熱，再加上「電芯」裡大多是易燃材料，如果電池設計不當、品質不良或使用者誤用，就容易燃燒或爆炸。

接著簡單介紹幾個會造成鋰電池「爆炸」的原理。

爆炸自燃的起點：內部短路與外部短路

所謂的短路（Short circuit）主要指電路中有電位差的兩個節點以極低電阻的元件（像是一般的導線）相連；或者換句話說，應該要做好絕緣的兩個點互相接觸了。短路會造成電路中瞬間出現非常大的電流，大電流所釋放出的能量，除了可能燒壞線路、引爆火花，也會讓電池在極短的時間內過度放電，釋放出大量熱能提高電池溫度。

鋰電池短路可大致分為「外部短路」與「內部短路」兩種。所謂的「外部短路」，就是鋰電池的外部正負極之間，有絕緣不良或設計問題，讓正負極以低阻抗的情況下連接發生短路。而錯誤的使用方式、或是損壞的電器連接電池等風險較高的情境，也有可能造成電池短路。

「內部短路」則通常是由於電池設計不良、品質缺陷、過充過放、不當加熱、外部壓力影響結構等因素，造成電芯內的隔離膜受損，兩極直接接觸而出現短路。如開頭提到的三星 Note 7 的電池，就是出現了內部短路。

鋰電池短路會怎樣呢？短路會讓電池在很短的時間內放出很大的電流，因而大量放熱產生高溫，這樣的高溫會破壞電池內部，繼而出現更劇烈的化學反應。

那遇到高溫、熱到不行的鋰電池會發生什麼事呢？

高溫：鋰電池的熱失控連鎖反應

一般來說，鋰電池在使用上有合適的溫度範圍，建議溫度為攝氏 0 度到 45 度，且不可以靠近火源。這也是為什麼，在旅行時也應該要將鋰電池放在隨身行李，讓鋰電池跟著你走，避免將鋰電池放在潛在有可能高溫的飛機貨艙或是車輛的行李艙中。

就像前面所提及的，鋰電池的充放電都屬於化學反應，本身就會放熱，而溫度越高化學反應速度會越快。因此高溫下，電池內部會產生一連串的連鎖反應，持續產生熱，如果無法散熱就會形成熱失控 （Thermal Runaway），累積的熱最終會可能會導致電池起火。

但是鋰電池為什麼這麼容易燒起來呢？爆炸又是怎麼來的？

成分易燃：有機成分在高溫下不穩定

鋰電池的主要組成如電解液、隔離膜為有機成分，本身就屬於易燃物質。再者，高溫下的鋰電池除了會發生「熱失控」持續加速反應與提高溫度，材料本身也會反應分解出易燃的氣體。如果電池沒有排氣、降溫的設計，遭遇到高溫或短路時，就可能起火燃燒、甚至爆炸。所以為了安全起見，使用有鋰電池的電器時，要記得遵守原始的使用設計、不要隨便更動電器的設計或使用方式；環境中有造成高溫火爐或暖爐等，也要記得避開，就可以更安全。

鋰電池的應用方式不同，安全措施也需要隨之調整。如電動車跟儲能系統中，會使用成千上萬顆鋰電池，當每顆電池都有安全風險時，如何不讓鞭炮般連續爆炸的連鎖效應發生，是未來系統設計的重點。

有安全認證才認真安全

作為使用者，該如何享受鋰電池的便利，同時確保自身安全呢？

遵守鋰電池的使用規範是首要條件：例如要在適合的溫度內使用，不接近高溫或有火源的環境。使用電器產品保持謹慎，電池出現如膨起等異常就立即停止使用。

如果購買的產品經過認證，內置的鋰電池設計妥善，且使用時遵守相關規範，就可以把「爆炸自燃」的可能性降到非常非常低囉。

話說回來，又是誰在幫鋰電池進行安全認證，替鋰電池的使用者把關呢？

泛科學採訪了全球產品安全認證機構 UL，他們位在新北市林口／龜山的實驗室 ，正擔負起替各種商品的安全性把關的重責大任。UL 目前已發展超過 1,400 種安全標準，每年評估超過 2 萬多類的產品，幾乎涉及到所有你想得到的商品，當然也包括了鋰電池。

UL有個測試研發單位，其重要工作就是研究鋰電池的各種失效方式。過往較受矚目的任務，包括受託調查三星及波音 787 發生的電池問題。針對鋰電池的安全性， UL 研發實驗室除了會以儀器分析，掃描其物理結構，也會在不同的條件下測試電池的充放電，以逆向工程的方式，拆卸分解，找出鋰電池的弱點。

此外，實驗室為了洞悉不同鋰電池產品的「失效模式」，會用實驗模擬，甚至如針刺的物理破壞方式「讓它爆看看」，藉此收集各種會讓電池「失效」的相關資訊，提供後續針對失效模式的設計建議。現階段，由於材料的設計與限制，不存在「完全安全」、不會爆炸的鋰電池，但可以放心的是，這世界存在著經過檢驗與設計、安全性較高的產品，以及較為安全的使用方式。

未來在購買相關產品時，我們除了關心性能、售價等因素，不妨多注意注意鋰電池是不是經過安全認證，為這美好的科技世界獻上祝福吧！

本文由 UL 委託，泛科學企劃執行