由於消費者的興趣和永續發展的目標，對於電動汽車的需求持續攀升。美國寄望在 2030 年電動汽車的銷售量要佔美國汽車市場的一半，然而 99% 電動汽車（EV）電池的原料和零件皆在國外生產^{1, 2}。採購國外製造的材料和電池已為產業帶來不少挑戰。俄國侵略烏克蘭更加劇市場的不穩定，導致關鍵電池材料鎳的價格在 2022 年 3 月飆漲³。

電動汽車製造商並不看好全球貿易會在近期達到穩定。福斯（Volkswagen）旗下奧迪汽車（Audi）的執行長 Markus Duesmann 向《紐約時報》透露，「原材料將在未來幾年成為關鍵議題。」⁴

美國政府已做好準備支持本土電池供應永續的新方案。一項 2022 年的跨黨派基礎建設法案撥款 70 多億美元，以協助建造低成本、少中斷及生產速度更快的美國電池供應鏈⁵。

現今，美國國內電池生產的未來掌握在電池研究人員和製造商的手中。電動汽車的電池產業採用新科技和新技術，來實現看似不可能的任務：在一個不倚賴國外市場的情況下，製造可靠的電池。以下是產業領先的電動汽車電池製造商在國內推動永續電池生產所採取的作法，以及分析技術在該過程中扮演的關鍵角色。

領先的電動汽車原始設備製造商（OEM）已轉而製造自己的電池以規避供應鏈的問題，並且降低成本。通用汽車（General Motors）研發部門的電池芯系統研究負責人 Mei Cai 博士在佛州奧蘭多舉辦的 2022 年國際電池展覽暨研討會發表通用汽車在電池製造上的成果。

Cai 博士解釋道，目前通用汽車內部電池開發首要任務是能量密度，或者說在輕量形式下能夠儲存多少能量。提升能量密度可以降低成本。團隊正在探尋固態鋰陽極和固體電解質界面膜，以達到最高能量密度與最低價格。一旦通用汽車在電池開發上取得成功，他們計畫讓電池設計在電動汽車的領域之外獲利。

電池製造商如何在國內生產符合成本效益、高能量密度電池的競爭中獲得勝利？熱分析為有效的材料選取和電池設計提供決定性的見解。透過熱分析確保電池在各種條件下的安全性和效能，是創造新穎又實用的電池設計的第一步。流變學用於優化電池漿料的配方，這是在製造電極過程中確保穩定性和加工性的關鍵步驟。

面臨傳統鋰離子電池材料（包括鋰、鈷、鎳和石墨）需求高漲的情況下，電池研究人員正在尋找永續替代方案。Group14 Technologies 與 Sila Nanotechnologies 擴大在矽膠基底為陽極材料方面的研究，該材料的效能可能超越目前的石墨⁶。

使用新的電池材料可能使國內生產流程更順暢，同時提升電池的安全性與效能。研究人員在實際操作條件下使用新穎材料，利用熱分析技術來研究電池設計。例如，美國國家再生能源實驗室 M. C. Schultz 等人利用 TA Instruments 的差示掃描量熱儀（DSC）與熱重分析儀（TGA），研究塗層對矽膠陽極的影響⁷。差示掃描量熱儀與熱重分析儀常被用於電池研究，以證實新材料可以提高電池的運作和安全性。

當鋰離子電池達到使用壽命盡頭時，為何浪費其內含的寶貴材料？重新使用舊有電池中的原材料可以解決電池材料短缺的問題。國內電池回收是最有效率的方法，不僅降低排放和運輸費用，同時強化美國本土的電池材料供應鏈⁸。

一如任何回收系統，將回收材料融入新產品中需要完整的材料特性分析。材料在電池內電化學過程的變化情形為何？是否因電池誤用或損壞而變形？材料分析技術可協助電池開發商確保回收材料提供必要的熱能和物理特性，使新電池可以正常運作。

雖然有許多挑戰需要克服，但是也存在碩大的機會。電動汽車製造商可將生產電池的機會掌握在自己手中，如此可解決供應鏈不穩定的問題，同時監督電池生產流程中的各個層面。採用新材料和回收材料的電池製造商在未來幾十年可以持續穩定地製造。

任何主要的供應鏈變化都需要經過嚴格的品質控制和測試。正如上面提及的例子，電池材料測試是開發永續國內電池生產的關鍵步驟。由材料選取到電池安全性測試，這些技術將作為國內電池設計與製造的支柱。請按此處獲得電池材料測試的更多資訊，並瞭解這些技術如何支持國內永續電池製造的未來。