想像一下，當電動車充電一次就能從台北直奔墾丁，再沿著海岸線兜風回家，中途不必煩惱哪裡可以充電，也不用擔心發生電池自燃的安全風險，這樣的未來，不再只是幻想，而是「電池終極型態」固態電池帶來的全新可能。
相比目前電動車廣泛使用的鋰離子電池，固態電池擁有更高的電池能量密度與更好的安全性，也能提升電動車續航里程，解決車主們的「里程焦慮」，更重要的是，它具備更快的充電效率，意味著未來電動車的充電時間會大幅縮短。
根據研調機構SNE Research預測，固態電池市場規模從2022年的2,750萬美元，將一路成長至2030年預估的400億美元，年均成長率高達180%，顯示全球對固態電池技術的期待和資金的投入已進入白熱化階段。
儘管，固態電池表面上優勢明確，背後卻藏著複雜的技術與商業門檻。距離大規模量產還有多遠？商業化落地又面臨哪些現實挑戰？對於各大車廠與材料供應商而言，這不只是技術突破的考驗，更是攸關未來市場主導權的一場競爭。
固態電池為何受矚目？從安全性、續航力、充電效率來看
在全球電動車產業加速競逐的同時，固態電池被視為下一代電池技術的重要突破。相較傳統鋰電池使用的液態電解液存在易燃風險，固態電池採用固態電解質，大幅提升安全性，同時保留原有以離子轉移為基礎的充放電機制。
目前主流的固態電解質材料包括聚合物、硫化物與氧化物三大類。根據市調機構集邦科技（TrendForce）最新報告，考量電動車對高能量密度、高充放電效率與穩定性的需求，硫化物與氧化物材料正逐漸浮上檯面，成為新能源車用固態鋰電池的主要發展方向。
「可以想像傳統鋰電池裡像是裝了一罐液體，固態電池則像是壓實的一塊固體，這樣一來，不容易漏液，電池也比較不會起火爆炸。」致力於電池與有機材料研究長達20年的台灣科技大學應用科技研究所特聘教授王復民，指出固態電池2大關鍵優勢。
首先是「安全性」。固態電解質不易燃，即便出現熱失控情境，造成火災的風險遠低於液態鋰電池；其次是「能量密度」，目前固態電池能量密度可以達到500瓦時每公斤（Wh/kg），遠超傳統使用的液態鋰電池250到300瓦時每公斤（Wh/kg），換句話說，這對電動車的續航力有很大影響，未來電動車單次充電有機會突破續航超過1,000公里，從根本解決了車主長途駕駛電動車的焦慮。
工研院產科國際所分析師王星淳分享，固態電池的結構也讓電動車底盤空間配置有彈性，可以裝載更多電池，提升續航力。在充電效率方面，理論上也會因為能量密度提高而縮短時間，從目前液態電池可以達到約30分鐘的快速充電，固態電池未來有機會縮短至15分鐘，甚至10分鐘就完成充電。
不過，由於全固態電池在電池介面的傳導性仍有技術和量產成本太高的瓶頸，因此作為過渡產品的半固態電池技術應運而生。「固態電池可分為全固態與半固態兩種，全固態完全不含任何液體電解質，半固態則採用固體與液體混合，各占比50％。」王復民指出。
同時，相較於造價高昂的全固態電池，半固態電池則用凝膠狀電解質，比全固態電池的成本更便宜一點，而且在能量密度與安全性比傳統鋰電池更好，簡單來說是介於兩者中間的產物。
全球爭搶能源聖杯，台灣有機會嗎？
現在，全球的固態電池市場正處於快速起飛前的臨界點。
全球車廠從豐田到BMW、電池公司從美國QuantumScape到中國寧德時代，甚至台灣的台塑新智能、鴻海和輝能科技，無一不投入鉅資搶攻這被視為「下一世代能源技術」的固態電池市場。
「日本已經有全固態電池產品出來了，雖然能量密度還沒那麼高，但整個產業界的氣氛很明顯，固態電池將會是下一場能源戰競爭的主場。」王復民語氣篤定表示。
據《日經新聞》報導，今年年初豐田拋出震撼彈，宣布與日本第二大石油精煉商出光興產投入約213億日圓蓋工廠，攜手生產全固態電池需要的關鍵材料硫化鋰，並預計2027年推出搭載全固態鋰電池電動車，目標10分鐘完成充電、單次續航力突破1200公里，成為日系車廠中進度最快的。
當然，不只一家車廠在研製固態電池，還有德國車廠BMW也與美國電池公司Solid Power聯手開發新一代全固態電池，預計最快於明年在BMW電動車上進行小規模量產測試。同時，另一家美國新創固態電池公司QuantumScape，也在今年6月宣布可以使固態電池芯製造速度加快25倍，朝商業化量產再邁進一大步。
在亞洲，在全固態電池量產之前，半固態電池就已經率先進入市場。中國車廠蔚來在2024年初ET7量產車換裝搭載150kWh半固態電池，一次充電下可以達到續航達892公里，成為全球首波半固態電池商用的案例。
目前，可以發現全球主要車廠與電池新創公司進入「技術驗證 → 小規模量產」的階段。TrendForce統計報告指出，因固態電池具備優越的安全性和能量密度，歐美業者正加速朝向試量產（pilot run）推進，現階段處於技術驗證至量產轉型的關鍵期。
因應這波市場需求明確，進而帶動國內業者也紛紛投入建固態電池芯廠，爭取和國際電動車市場合作的機會，目前，台灣固態電池產業發展也逐漸從研發實驗室走入實際應用。
像是鴻海旗下的芯量科技，近幾年來專注開發高階磷酸鐵鋰固態電池材料，現階段已經在高雄電池中心成功進入小規模量產階段，這些新型電池出貨給國內電動車廠進行測試，並計畫推出商用及家用儲能電芯。而另一家，台塑旗下的台塑新智能，則選擇與明志科技大學綠能電池研究中心合作，投入2.3億元建置全固態鋰電池試量產線，目標在2027年正式量產。
不僅如此，台灣固態電池新創公司輝能科技也成功在台灣開始量產，並於明年在法國開始動工建立固態電池超級工廠，預計2028年啟動生產線，先前已經與國際車廠賓士達成固態電池的測試合作。
此時此刻，全球超過50間以上的車廠與科技巨頭投入上百億美元，顯示出固態電池儼然成為新能源時代下的石油，未來誰能率先商業化並實現量產，就有機會重新改寫全球電動車產業版圖。
固態電池距離普及的兩大挑戰：沒有完整供應鏈、成本高昂
然而，其實固態電池技術問世已超過20年，為何至今產量數量遠不及市場的期待，仍然難以大規模商業化呢？
挑戰1：固態電池供應鏈缺中試平台，產線須重建成最大挑戰
台灣電池協會理事長陳勝光表示，「現在很多固態電池技術突破成果做出來後，沒有下游產業公司可以接手，嚴重缺乏實驗室到量產的中試平台。」原因在於尚未形成固態電池完整的供應鏈，導致商業化進程始終緩慢，台灣廠商也不例外。
同時，「現有液態鋰離子電池工廠與生產流程，無法直接沿用到固態電池的生產，這代表企業必須重建生產線，需要再投入大量時間與資金。」明志科技大學綠色能源電池研究中心主任楊純誠補充，這些也是讓許多企業卻步的原因之一。
雖然固態電池已經成功應用在心律調節器、穿戴裝置等小型產品，但要擴大到電動車、儲能、醫療設備等需要龐大電量的應用場景，「無論是材料供應、量產設備還是製程控制，都需要進一步突破。」楊純誠說。
「從一款電池商品誕生到真正推向市場，往往是數十年磨一劍的過程。」致力於生產固態電池的愛國者綠能科技董事長呂承璋表示，還需要再給固態電池一些時間通過測試，才能應用在電動車上。
挑戰2：製造成本偏高，要大規模量產還要等10年
除了整體供應鏈不夠完善的問題外，固態電池最難突破的瓶頸是「成本」。
楊純誠坦言，目前陶瓷電解質等固態材料成本高昂，整體成本約為液態電池的1.5至3倍，加上固態電池生產環境與材料純度方面，要求比傳統鋰電池高，大批量生產大尺寸電解質薄膜有難度，因此量產初期只能小規模生產、進行測試，成本會比已經量產的鋰電池成本高。
再加上固態電池商業落地的可行性，企業如何以可負擔的成本又要賺錢的方式大規模生產固態電池，「這個產業至少需要3到5年才能回收成本。」陳勝光表示。
《數位時代》前後採訪多位專家、公司都普遍認為，短期內固態電池會先導入高階電動車、醫療設備和無人機等對安全性與重量要求極高的應用場域，要到大規模量產恐怕還需要等到2032年至2035年，才有機會真正進到大眾市場。
隨著電動化時代來臨，各式電動載具需求加速萌芽，電池業者迎來不同的切入市場的機會，下一步，誰能先把固態電池從「實驗室」帶上「量產線」，才是決定勝負的關鍵。陳勝光認為，固態電池將是台灣下一個具潛力的戰略產業，呼籲台灣產業唯有整合產官學力量、補足供應鏈缺口，將固態電池相關製程結合半導體設備技術，台灣才有機會走出一條差異化的競爭道路。
