國戰會論壇/譚傳毅》潛艦國造之謎：鈦鋰電池

文/譚傳毅

11月16日國造潛艦原型艦計畫進入新的階段，由台船公司與海軍舉行原型艦「安放龍骨」暨祈福典禮；海軍司令部表示，台船今年已依合約節點達到安龍條件，象徵我國潛艦國造已邁入新的里程碑。只是，當天總統蔡英文選擇缺席，海軍也並未對外發布採訪通知。讓這項延宕多年、攸關台灣安危重責的建軍計畫，猶如見首不見尾的神龍般，其中尤以鋰電池推進系统的問題，更是充滿謎團。

2018年10月4日，日本蒼龍級常規動力潛艦第11艘「凰龍號」下水，該艦是全世界第一艘全面使用鋰電池動力的潛艦。今年10月14日，日本第2艘常規潛艦大鯨級「白鯨號」下水，是川崎重工業公司神戶造船廠在戰後建造的第30艘潛艦。

白鯨號是日本海上自衛隊第4艘採用鋰離子電池動力系統的潛艦，放棄了近年來風頭正勁的絕氣推進系統（AIP）。韓國海軍也宣布在最新型KSS-III.型潛艦的第2批建造中也將用國產鋰離子電池技術取代AIP技術。

我海軍潛艦國造專案在向日本採購鋰電池失敗之後則另闢蹊徑，決定交由台船動力公司自行研發鋰電池。在考量鋰電池安全、體積和重量等因素，台船將朝著鈦鋰電池（Lithium Titanium Oxide, LTO）為研發目標，而且電芯已有研發成果。

電芯（正負極）是鋰電池的內部組成，加上保護外殼就是單體鋰電池，數個單體電池組合在一起是電池模組，數個電池模組加在一起就是電池單元。特斯拉有7千多個鋰電池單體，潛艦用鋰電池單體數量會更多。

鈦鋰電池的優勢

鈦鋰電池是電池技術中一個較新的概念，由於鈦鋰電池超凡的特性，吸引了歐洲船用（輪渡）市場，目前以瑞典船用電力推進專業公司（Enchandia Marine）的電力系統技術最為先進。但是否應用在潛艦尚不清楚，判斷台船可能會找上瑞典。

鈦鋰電池的優勢如下：

第一，充電速度快、壽命較長。鈦鋰電池能給陽極提供每克大約100M2的表面，而碳電池每克只能提供3M2的陽極表面，有助於電子快速出入陽極。這種特性使鈦鋰氧化物電池能快充電，並在需要時提供高放電電流。鈦鋰電池可充電3千到7千次，壽命較其它化學電池更長。

第二，安全性高。鈦鋰氧化物電池的固有電壓（2.4V）較低，導致其能量比（每小時千瓦/公斤）比一般鋰電池的固有電壓（3.7V）更低。即使在充電後期、低溫或高倍率充電的情況下，負極的電位也不會達到鋰離子還原成金屬鋰的電位而引發安全事故。鈦鋰電池具有相當的安全優勢，而且不易發生失控過熱。

既然鈦鋰電池技術有諸多優越性，除了歐洲輪渡業者之外，為何至今世界能源領域應用寥寥無幾呢？原因如下：

鈦鋰電池不靠譜

第一，需要專用廠房。原則上，鈦酸鋰材料的生產並不複雜，但是鈦酸鋰材料的Ph值為11或12，吸濕性極強。為了控制鈦酸鋰材料的高濕度，有些生產設備與製造工藝也要做相應的改進。最好能專門為鈦酸鋰離子電池產品重新設計結構緊湊、體積小巧、全封閉式的自動化生產線，這又推高了生產成本。這就是台船動力公司叫喊2億元經費不足的原因之一。

第二，鈦酸鋰離子電池組在應用一段時期（大約1500到2000次）之後，單體電池內有微量的氣體出現，會導致電芯「鼓包」，極大地降低了鈦鋰電池的壽命，這是制約鈦酸鋰電池大規模使用的重要原因。

台船動力公司能不能解決這些問題，尚在未定之天。當空軍已經拿出實體的F-16V作為空防基礎，海軍還在憑空想像鈦鋰電池的製造與管理，實在很不令人放心。

第三，致命的安全問題。鋰電池的易燃性是一個噩夢般的隱患，一旦鋰電池失控燃燒，立刻會產生非常高的熱量，釋放有毒煙霧並排放出導電塵埃，傳統方法很難撲滅它們。這就是為什麼鋰電池技術已在商轉這麼長時間，卻遲遲沒有在大型潛艦上採用的原因。

為解決這個問題，日本多年來投入數十億美元，以建構更大的鋰電池矩陣來因應，這些基質具有增強的邊界化學性質，日本還是很滿意鋰電池改進後的可操作性和安全性能。

致命的鋰電池

在技術方面，日本人的能力絕對夠，但是日本人把製造工藝做到極致的性格，卻可能出現大問題。我們來看看二戰日本三菱公司研發的零式戰鬥機。為追求爬升速度與大航程，必須為戰鬥機大幅減重。三菱大膽採用住友金屬研發的鋁合金，用來製造零戰的框架、翼肋、甚至飛機的主樑。飛機果然變得非常輕巧。

重量輕彌補了發動機動力不足，但是保證了2200公里的超大航程，同時也使飛機獲得了更快的爬升速度。這些指標超越了同期的F-2A、F-4F、P-40、噴火等戰機，而且零式戰機氣動外形更佳，空氣阻力更低、轉彎半徑小，迴旋與低速格鬥能力出眾。

隨後，美軍擄獲並修復了1架失事的零戰，發現零戰的爬升率和轉彎半徑極好，但若在高空，零式優異的垂直機動性能會開始惡化，此外，零戰的俯衝速度不快，在高空若被零戰咬住，只要高速俯衝並滾轉就可以擺脫。

而零戰結構減重過於苛刻，動作過大會面臨結構破壞風險所致。還有，零戰沒有安裝密封油箱和滅火裝置、飛行員也沒有裝甲保護、鋁合金中含有大量易燃的鎂，所以機體表面中彈就非常容易著火。

鋰電池的問題也在於「火」，雖然運行時沒有問題，但只要在戰時被擊中鋰電池，那絕對是致命的。

鋰電池爆炸滅火的材料只有一個：水。在陸地上滅火過程如下：切斷供電電源、快速的有序的疏散人員、保持空氣流通避免毒煙傷害、快速用水滅火。乾粉滅火器無法奏效，只能用水去降溫。而在潛艦的密閉空間一旦遭遇鋰電池爆炸失火，簡直不敢想像。

再高的鋰電池製造與管理技術、再佳的鋰電池串並聯布局，只要遭到外部襲擊而引爆鋰電池，哪怕是海龍王也救不來。

潛艦用鋰電池領域可供參考的例子太少，日本是第一個，究竟在實戰中會出現什麼樣的問題全然未知。鋰電池運用在輪渡或電動汽車上目前還沒有出現大問題，但是誰敢擔保到了水下長時間工作中會出現什麼隱患？

如果考慮到安全性與可靠性，鋰電池動力系統還是比不上技術已經非常成熟的AIP柴電潛艦。而且，鋰電池動力系統造價昂貴，若真要全部取代柴電潛艦，不僅要用在研發、改善和批量生產上燒金，在後勤工作也是個全新未知的領域。

雖然台灣鋰電池技術也是佼佼者，但是將鋰電池技術用於潛艦這樣的龐然大物絕對是未知的。在沒有針對可靠性與安全性測試之前，應該思考是否適合把鋰電池套用在國造潛艦之中。

（作者譚傳毅為台灣國際戰略學會研究員，法國博士)