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創新平台/工研院新鋰電 找到祕密武器

電池已徹底改變我們的生活,舉凡手機、電腦、電動車等都可以看到它的身影。鋰電池發展重要關鍵在於提升安全性及能量密度,在經濟部技術處科技專案支持下,工研院研發「高能量及高安全樹脂固態電池」,以新型高離子導電樹脂材料(NAEPE)取代易燃的電解液,不僅具有耐高電壓及高溫循環壽命佳之特性,並兼具高安全性,今年更勇奪2020年「全球百大科技研發獎」,協助台灣產業搶攻未來電動車與儲能系統商機。

「消費者對電池的續航力要求愈來愈高,未來以電驅動的交通工具將會是市場主流,各大廠都積極投入研發能阻燃、耐高電壓的固態電池。」工研院材料與化工研究所組長陳金銘表示,目前產、學界多採用的陶瓷固態電解質都面臨界面阻抗大、須高溫下進行充放電、低溫電池特性差、加工不易、難以產業化瓶頸,工研院研發高能量及高安全固態鋰電池,以高分子與陶瓷固態電解質材料複合使用,取代易燃電解液,可大幅提高閃點溫度,使電池更不易氣脹、漏液,更為安全。

此外,還可以像積木一樣進行內部串聯達12伏特(Bi-polar)以上,遠高於傳統鋰電池約3.7伏特電壓,打破鋰電池內部單一結構的限制,以減少系統應用端串並聯元件成本。

談到研發過程,工研院材化所經理葉定儒說,其實這是一段無心插柳柳成蔭的故事。

團隊自2016年即投入有機與無機複合固態電解質研究,一開始是要研發用在固態鋰電池的可撓式電解質,這項材料原本製程時需要加熱才能固化,在研發過程面臨許多挑戰。

但在一次實驗中意外發現,原本被放在一旁剩餘的樹脂材料,居然不需加熱、在室溫情況下就可固化,團隊便趕緊著手研究讓材料固化的秘密。

經過兩年的反覆驗證,終於找到關鍵原料「聚醯胺環氧樹脂添加劑」(AEO),只須添加少量AEO就能使電解液固化,固化後的電解質會呈現網狀結構,可耐高電壓,並保有態電解液高離子傳導特性,也可讓電池不漏液、更安全,增加循環壽命。

此外,電池業者可使用現有的電池電解液注入製程,透過控制AEO添加比例,可調整電解液固化時間,很容易就能上手,使用NAEPE製造電池,具有性能佳、成本低、易加工的競爭優勢,NAEPE已獲得台、美、中、日等八國專利。

工研院團隊期待透過創新材料的研發,盡速導入國內電動車及綠能儲電系統應用,也希望未來能把高能量及高安全樹脂固態電池技術擴展國際,使台灣成為固態電池的生產重鎮,搶攻全球電池市場龐大商機。

電池 工研院

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