韌性與續航——固態陶瓷鋰電池的軍事能源運用
周宇平／台灣智庫諮詢委員、國防工業發展基金會列管評鑑中心評鑑委員
競爭之上有架構，研發之前有需求，產品之外有系統，驗測之中有實戰。
俄烏戰爭以來，無人機（UAV）、無人地面載具（UGV）、電子戰裝備、戰術通訊與邊緣運算設備大量進入作戰現場，「電力」已不再只是裝備運作的附屬條件，而逐漸成為與彈藥、燃料同等重要的戰術後勤資源。
然而，現行鋰離子電池雖已成為無人系統與攜行式電子裝備的主要能源來源，其液態電解液、熱失控、重量與高倍率輸出的限制，在高衝擊、高溫、低溫、密閉艙段與高威脅戰場環境中，仍形成重要的系統工程問題。
因此，固態電池受到國防與航空領域高度關注，並不是因為它單純「比較安全」，而是因為它有機會同時改變安全性、能量密度、封裝方式、熱管理與平台設計自由度。美國陸軍目前也已有固態高能量電池研發計畫，顯示高安全與高能量密度已被視為戰術能源的重要研發方向，台灣軍方也應開始重視。
其中，採用氧化物陶瓷固態電解質的技術路線，例如LLZO（Li₇La₃Zr₂O₁₂）與部分NASICON型材料，具有不使用傳統可燃液態電解液、熱穩定性較高，以及具備鋰金屬負極應用潛力等特性，因此特別值得從國防角度進行觀察。
但必須強調，固態電池並不是「已經成熟的萬用軍事能源」。真正值得討論的，是如何從材料技術走向電芯、模組、平台、任務與後勤體系，建立一套可以測試、驗證、維修、補給與持續運用的國防能源能力。
一、固態陶瓷電池的真正價值：不是「換電池」，而是重新設計能源系統
固態電池最大的結構性變化，是將傳統液態電解液替換為固態電解質。其中，氧化物陶瓷路線以LLZO等材料受到高度關注，其優勢包括較高的熱穩定性、良好的機械強度，以及與鋰金屬負極搭配的潛力。研究指出，LLZO具有相對較高的鋰離子導電能力，但其實際應用仍受到電極與電解質介面接觸、晶界、製程與環境穩定性等因素限制。
因此，固態電池真正的技術價值，可以從以下幾個層次理解。
（一）安全性：降低液態電解液所帶來的燃燒風險
氧化物陶瓷固態電解質本身不具有傳統有機液態電解液的可燃特性，因此在特定失效情境下，有機會降低火災與熱失控傳播風險。但是，「固態」並不等於「不會失效」。
固態電池仍可能因內部短路、鋰枝晶（Lithium Dendrites）、固—固介面失效、陶瓷裂紋、電極體積變化、局部電流密度過高、過充與機械損傷，產生新的安全問題。因此，軍事應用真正需要的不是「不燃」口號，而是：在特定戰場損傷條件下，電池是否能控制失效模式，使單一電芯故障不演變成整個平台失效。這才是軍規能源系統真正的安全要求。
（二）能量密度的價值：不是單純「動得更久」，而是釋放平台設計空間
固態電池之所以受到重視，另一項重要原因，是它具有使用鋰金屬負極、提高比能量（Specific Energy）的潛力。部分研究對LLZO等固態電池提出超過 400Wh/kg的理論或設計潛力，但實際電芯與系統層級的能量密度，仍受到正負極比例、固態電解質厚度、集流體（Current Collector）、封裝、壓力管理、熱管理與安全裕度等因素影響。
因此，不能直接將材料或理論數值等同於軍用電池包的實際性能。這一點對國防尤其重要。因為軍事平台真正關心的，不是單純的電芯層級能量密度（Cell-level Wh/kg），而是：電池包層級能量密度（Pack-level Wh/kg）→平台層級有效酬載（Platform-level Payload）→任務層級續航力（Mission-level Endurance）。
也就是：一公斤電池，究竟能轉化多少有效酬載、航程、滯空時間與任務時間？例如對無人機而言，增加的能源重量可能被用來延長滯空時間、增加感測器、提升通訊距離、增加抗干擾能力、增加任務酬載，或增加備援能源。因此，能源密度真正帶來的是平台設計自由度。
二、真正的戰術變革：從「能源容量」走向「任務持續率」
未來軍事能源不能只看「這顆電池可以供電幾小時？」更重要的是：一套能源系統，能讓作戰平台在24小時內完成多少有效任務？這會把能源問題從電池工程提升到作戰效能。可以建立一個新的衡量概念：任務持續率（Mission Sustainment Rate），其核心包括：可用時間、充電時間、維修時間、電池更換時間、能源補給可得性，因此，未來無人系統真正的競爭可能不是「誰的無人機飛得最久」，而是：誰能讓無人機最快重新投入任務。這也是固態電池必須與快速充電、快速換電、儲能及人工智慧（AI）能源管理共同思考的原因。
三、五大軍事運用場景
（一）單兵系統：從「攜帶電池」走向「攜帶能源能力」
現代單兵攜行的能源負擔已經不只是無線電，未來單兵可能同時使用：夜視系統、戰術電台、單兵終端、定位系統、感測器、電子戰設備、無人機控制器與穿戴式顯示器。因此，單兵能源問題已逐漸從「電池容量不足」，轉向：重量、續航、可靠性與更換效率之間如何取得最佳平衡。固態電池若能在安全性與比能量方面達到實用門檻，就可能降低單兵能源負荷，或在相同負重下增加可用電力。
更重要的是，可以重新思考：電池是否還是一個獨立攜行物件？未來可能朝向模組化電源、背心整合、外骨骼能源匯流排（Power Bus）與智慧電源管理發展。這已經不是「換一顆電池」，而是重新設計單兵能源架構。
（二）水下平台：能源安全與隱密性的雙重要求
無人水下載具（UUV）、水下感測器與其他密閉平台，是固態電池值得優先評估的領域。原因很簡單：水下平台最大的問題之一，就是一旦電池發生嚴重事故，維修與救援成本極高。因此，能源系統除了能量密度之外，更需要：長時間低功耗運作、高可靠度、密閉環境安全、低維護需求、長期儲存、低熱特徵（Thermal Signature），固態電池的價值因此不只是「續航時間更長」，而是可能降低能源系統本身成為平台弱點的風險，但「低熱特徵」也不能直接等同於「低紅外線特徵（Infrared Signature）」，平台的紅外線特徵仍受到電池放電功率、馬達、功率電子、環境溫度、散熱方式與平台整體熱設計共同決定。因此，國防驗測必須測的是：整個平台的熱特徵，而不是只測電池材料。
（三）無人飛行載具（UAV）：真正值得測試的是「單架性能」還是「集群出動率」？
這可能是固態能源最重要的軍事應用，傳統無人機的性能評估習慣集中在：航程、滯空時間、最大速度、酬載、抗風能力，但大量無人系統進入戰場後，這些指標已經不足以完整描述作戰能力。應增加：
• 再出動時間（Turnaround Time）
• 能源補給時間（Recharge／Swap Time）
• 每日任務架次（Sortie Generation Rate）
• 能源可用率（Energy Availability）
• 電池壽命週期（Cycle Life）
• 任務失敗後恢復時間（Recovery Time）
這才是真正的無人系統持續作戰能力。
美國國家航空暨太空總署（NASA）對高性能電動航空器的研究也顯示，航空電池不能只用名義容量衡量，而必須同時考慮能量密度、功率輸出、熱安全與整體架構。因此，未來軍用無人機（UAV）的電池驗測應從：「能飛多久？」，提升到：「在完整任務剖面（Mission Profile）下，可以持續執行多少次任務？」
（四）無人地面載具（UGV）與機器人：能源將成為「機器人部隊」的後勤核心
未來戰場大量使用無人地面載具（UGV）、彈藥搬運車、偵察機器人與自主物流車後，能源問題會更加突出，但因為機器人不是一次性武器，它們必須：出動→執行任務→返回→充電→維護→再出動。因此，機器人部隊真正需要建立的，不是單一高性能電池，而是電池後勤架構（Battery Logistics Architecture）。
也就是將：電池、換電標準、充電設備、能源儲存、維修、回收與備件供應共同形成能源後勤體系，這與傳統軍隊的油料後勤非常類似。未來可能形成從燃油後勤（Fuel Logistics）向電池後勤（Battery Logistics）部分轉型的變革。
（五）前線AI與通訊節點：能源就是指揮鏈的一部分
現代戰場另一個容易被忽略的問題，是：算力本身也需要能源。人工智慧（AI）邊緣運算節點、無人機地面控制站（GCS）、戰術通訊中繼站、電子戰設備與感測器，都需要穩定電力。因此，未來的前線能源系統應該從單純的備用電源（Backup Power），提升為關鍵任務電源架構（Mission-Critical Power Architecture），包括：主電源＋電池＋儲能＋發電＋能源管理＋備援匯流排。當主電源遭到破壞時，系統必須能夠自動切換，維持最關鍵的：指揮、管制、通訊、資訊、電腦、偵察及監視（C4ISR）、定位、感測與指揮功能。
因此：能源系統本身就是指揮管制系統的生存性組成。
四、必須面對的技術現實：固態電池仍有四道門檻
如果國防部現在就宣布「固態電池是下一代軍用電池」，反而容易落入技術樂觀主義，真正需要面對的是以下四項問題:
1.固態與固態介面阻抗（Interface Impedance）
液體可以填補電極與電解質之間的微小空隙；固態材料則無法。因此，固態電池最大的工程難題之一，就是如何維持長時間、低阻抗、均勻的固態介面接觸。研究顯示，LLZO系統尤其受到介面接觸、鋰析鍍（Lithium Plating）與剝離造成的空隙等問題影響。
2.陶瓷脆性與機械可靠性
陶瓷具有高硬度與熱穩定性，但「硬」不代表「耐戰場衝擊」。戰場環境可能同時存在：震動、衝擊、加速度、溫度循環與結構變形。因此，軍用固態電池必須回答：陶瓷電解質在平台長期振動、跌落、撞擊與戰損條件下，是否仍能維持完整離子通道？這是材料問題，更是結構工程問題。
3.高倍率輸出
高能量密度與高功率密度不是同一件事情。一顆電池可以儲存很多能量，不代表它能在極短時間內輸出巨大功率。因此，對無人機（UAV）、無人地面載具（UGV）、外骨骼甚至定向能系統而言，必須區分：能量密度（Energy Density）與功率密度（Power Density）。這也是為什麼軍事能源系統可能需要：高能量電池＋高功率電池/超級電容的混合架構的原因。
4.量產一致性與壽命
軍事系統最怕的不是「實驗室做不出來」，而是：第一顆做得很好，第十萬顆卻不一定一樣。固態電池若要進入國防大量部署，必須從材料性能走向：製程能力→良率→一致性→壽命→可追溯性。這也是國防採購不能只看「樣品性能」的原因。
五、下一代軍用電池驗測，不能只測「容量」
未來台灣如果建立軍規固態電池驗測制度，至少應該建立六個測試面向：
尤其「戰損測試」必須重新定義。不是只問：「電池會不會壞？」，而應該問：「電池壞掉之後，平台還能不能活？」，這才是軍事系統工程的思維。
六、從「電池驗測」走向「任務驗證」
更進一步，國防部未來不應只建立電池測試（Battery Test），而應建立能源系統測試與評估（Energy System Test and Evaluation, T&E）。測試對象應從單顆電芯逐步提升：電芯（Cell）→模組（Module）→電池包（Pack）→平台（Platform）→任務（Mission）。
例如，一架無人機的能源測試，不應只測電池容量，而應完整模擬：起飛→爬升→巡航→感測→通訊→電戰→高速機動→返航→降落→快速充電→再出動，這才是完整的任務剖面（Mission Profile）。
甚至可以進一步建立：
• 數位分身（Digital Twin）
• 硬體在環模擬（Hardware-in-the-Loop, HIL）
• 系統級測試與評估（System-Level T&E）
讓電池不只是被測試，而是在完整作戰任務環境中被驗證。
七、能源後勤：真正容易被忽略的是「電池怎麼管」
軍用電池大量部署後，另一個問題馬上出現：誰負責管理數萬、甚至數十萬顆電池？未來國防能源後勤至少需要建立：序號管理、健康狀態（State of Health, SOH）、循環次數、儲存狀態、維修紀錄與壽命預測。也就是建立電池健康管理系統（Battery Health Management System）。
如果一顆電池已經接近壽命終點，系統應該提前知道，而不是等到任務中失效，這其實與航空器的零件壽命管理非常類似，未來甚至可以建立「能源戰備率」：可用電池數 ÷ 總電池數以及可立即出動平台數 ÷ 總平台數。
如此才能真正把能源納入戰備管理。
八、最後一公里：廢棄電池不是垃圾，而是國防供應鏈的一部分
固態電池大量進入國防體系後，還有一個容易被忽略的問題：退役電池怎麼處理？軍用電池涉及鋰、鎳、鈷、鋯、稀有材料、陶瓷電解質與封裝材料。如果只把退役電池當作一般廢棄物處理，不僅可能增加環境成本，也會失去材料回收與供應鏈再利用的價值。因此，國防能源政策應該從：採購（Procurement）一路延伸到生命週期管理（Lifecycle Management）→回收（Recovery）→再循環（Recycling）→材料再利用（Material Reuse）形成完整的生命週期治理，這也符合現代國防供應鏈「可追溯、可恢復、可再生」的概念。
換句話說：真正的國防自主，不只是能做出第一顆電池，而是能掌握從原料、製造、部署、維修到回收再利用的完整生命週期。
九、台灣應該建立的不是「一顆軍用電池」，而是國防能源生態系
台灣目前具備半導體、精密陶瓷、電子零組件、電力電子、電池材料與資通訊（ICT）等產業基礎。因此，政策重點不應是政府直接選定某一家技術路線，而應建立一套能力導向（Capability-Based）的競爭環境。
可以建立四層架構：
最後再加入：驗測＋認證＋後勤＋維修＋回收，形成完整的國防能源生態系。這比單純補助「固態電池研發」更具有戰略意義。
結語：能源不是裝備的附屬品，而是戰力生成的一部分
固態陶瓷鋰電池真正值得國防部門關注的，不是「它能不能取代今天所有鋰電池」，而是它是否有能力解決下一代作戰平台面臨的幾個核心問題：更安全、更輕、更耐久、更可靠、更容易維持持續運作。但要做到這一點，不能把固態電池視為一項孤立的材料科技。它必須與：高倍率電力系統、AI能源管理、儲能、快速換電、模組化設計、戰損隔離、狀態監測、測試評估與後勤維修等共同形成系統。
因此，未來國防能源競爭真正的問題不是：誰先做出一顆高能量密度電池？而是：誰能先建立一套能把能源穩定轉化為持續作戰能力的系統？這也正是台灣國防自主下一階段應該思考的方向。從威脅（Threat）出發，定義任務（Mission）；從任務建立能力（Capability）；再由材料、電池、功率電子與 AI 形成技術（Technology），最後透過驗測、採購、供應鏈與生命週期治理，建立完整的國防生態系（Defense Ecosystem）。
如此一來，固態電池才不只是「下一代電池」，而可能成為下一代無人化、智慧化與高持續作戰能力的重要能源基礎。而對未來戰場而言，真正需要爭取的，從來不只是更高的能量密度，而是：讓每一焦耳的能源，都能轉化為可持續、可驗證、可恢復的戰力。
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