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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!

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2020/09/02 ・2467字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 518 ・六年級

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。

去到傳藝園區,當然要品嘗一下拉糖蔥等傳統小吃啦。圖/宜蘭傳藝園區提供

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。

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圖說:腹地廣大的傳藝園區,現在還有畫舫遊河喔!圖/宜蘭傳藝園區提供

「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。

能源管理系統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。 圖/宜蘭傳藝園區提供

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。

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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!

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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。

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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。

魚耀隧道大魚中有小魚象徵孕育與傳承,是知名的拍照景點。圖/宜蘭傳藝園區提供

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!

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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!

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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電子貨架標籤真的比紙本商品價格卡划算嗎|2021數感盃|高中專題|優選
數感實驗室_96
・2021/12/25 ・2804字 ・閱讀時間約 5 分鐘

  • 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?

圖/envato elements

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 

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 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

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(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  

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(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 

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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:

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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。 

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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:

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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)
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數感實驗室_96
60 篇文章 ・ 40 位粉絲
數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

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HOW TO 做出安全的鋰電池?先讓它爆爆看!
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・2020/12/02 ・2832字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 493 ・六年級

 

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。

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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。

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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。

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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。

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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

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