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  • 16
  • Oct
  • 2017

工研院新技術!鋰電池專用膜 延緩老化

記者 葉俊宏/呂蓓君 / 編輯 李育道 報導

2017/10/16 18:17

近年來發展很熱的電動車,成本最高的地方就在鋰電池,不過鋰電池造價昂貴加上3-5年就要汰換,因此工研院研發出新的技術,讓鋰電池就像擦了一層保養品,可以延緩老化50%到一倍的時間,進而降低鋰電池成本。而台北科技大學也研發出巨孔隙高分子材料,可以把能量儲存在孔隙當中,必要時釋放出來,就能幫鋰電池增加效能。

 
鋰電池 應用多元

不管是電動機車或是電動巴士,還有手上拿的智慧型手機用的都是鋰電池。

 


能量密度高 輕薄短小

隨著電器產品的普及,鋰電池的使用率愈來愈高,鋰電池具有能量密度高,無記憶效應,也就是不需要先把電力放光再充電,但缺點是價格高,加上鋰電池隨著每一次的充電、放電,蓄電力都會慢慢退化,但現在工研院,研究出新的技術可以讓鋰電池壽命再延長。


 
特殊材料 延緩老化

工程師走進實驗室裡,準備製造電池裡的漿料,工研院材化所工程師葉高宏:「將正極材料加入一些安全的添加劑,製作成極板,然後做成電池。」


 
專用護膜 延長壽命

混合著鋰鈷錳的鋰電池漿體完成之後,呈現黑黑的狀態,接下來還要經過極板製程,最後組裝。記者呂蓓君:「鋰電池完成之後我們來到實驗室,要利用這台充放電機,以及搭配這個恆溫恆濕的機器,來測試鋰電池的電性表現。」

 
特殊材料 延緩老化

嚴格測試鋰電池的穩定度,工研院早在2009年研發出高安全性的防爆鋰電池,還將技術再升級,把ChemSEI-Linker加入正極材料,形成一層保護膜延緩老化,簡單來說就是電池專用的保養品,這項研究還入圍2017年全球百大科技研發獎。

工研院化材所長彭裕民:「我們其實就是發展出一個很獨特的材料,它在電池表面形成一個保護膜,這保護膜理論上就是可以讓鋰電池不會衰減,可以延長電池的壽命從50%到一倍,這個是非常大的一個突破。」

工研院材化所技術長潘金平:「我們講說要用電,為什麼要用鋰電池?一個很重要的原因,鋰電池它是能量密度可以很高,所以你輕薄短小很適合車輛產業的數位化革命就是電動化。」


 
鋰電池 產值爆發

受惠電子產品、電動車發展,讓鋰電池需求暴增,根據研究2016年全球鋰電池電芯,產值達到1850億元人民幣 年增率17.8%,預計到2020年,產值將會達到3436億元人民幣,不只用在電動車,台灣發展再生能源鋰電池也能推一把。


 
能源儲存 首選鋰電池

815全台大跳電,百貨商場或是住家一片漆黑,無疑是重重打了政府能源政策一巴掌,為了達成非核家園目標,政府希望2025年整體能源配比燃氣要從36%提升到50%,再生能源更是要從現行的5%拉到20%,目標一口氣成長4倍,但不管是太陽能 或是風力等電力來源都較不穩定,台灣要發展再生能源就必須先克服新能源本身發電不穩的情況。

工研院材化所長彭裕民:「太陽發電或風力發電的電存起來,在我們很需要電的時候放出來,這個又讓鋰電池變成一個、新的一個很大的應用趨勢,目前全世界差不多有90%到95%,做這種儲能用的也都是鋰電池。」

工研院材化所技術長潘金平:「事實上備載容量都是浪費,如果我們有一個很好的儲電,就像水池一樣把水儲起來一樣,電池把它存起來一樣,那你的備載就不需要花那麼多,那你就可以省很多成本。」


 
巨孔隙材料 增加效能

鋰電池的重要性愈來愈高,像是台北科技大學材料系就研發出巨孔隙高分子材料,可以增加鋰電池的效能。
 
意外發現 巨孔隙球

穿著實驗衣的張家豪,把高分子材料融入油,接下來再倒進水裡經過乳化,再用離心機分離,就能取得巨孔隙高分子材料的粉末,但一開始並不是這麼順利。台北科技大學材料所張家豪:「我一開始在做的時候,它的形狀是沒有這麼漂亮,然後就參考了學長的條件,我再做一些改變,後來就慢慢形狀越來越好。」

 


鋰電池容量 再提升
經過多次的嘗試才找出最穩定的作法,這項研究獲得光寶創新獎,技術創新組第一名,接下來把分離好的巨孔隙高分子材料用電鍍機,鍍上黃金導電做觀測。記者呂蓓君:「我們現在在實驗室裡面,為了確認剛才分離純化過後的巨孔隙高分子材料的成形狀態,要利用後面這一台掃描式電子顯微鏡,放大5千到1萬倍來做觀察。」台北科技大學材料系教授李嘉甄:「這個技術我們現在可以建立到,從中孔調整到巨孔都可以把它做出來。」

當初會發現這個巨孔隙分高子材料,其實是個意外,沒想到卻成了美麗的錯誤,巨孔隙高分子材料,步驟簡單,縮短製作的時間,透過增加表面積的特性,如同海綿般的結構可以吸附需要的物質,在適當的時機釋放出來。台北科技大學材料系教授李嘉甄:「它具有很高的空隙度,我可以把這些燃料分子都吸附,吸收在這裡面,這樣的一個結構特性,可以讓它的這個效果,可能會比傳統的做法的效果來的好。」

不只用在鋰電池,未來生醫部分也能受惠,在巨孔隙高分子材料裡面添加藥物,再加入磁性,就能運用在標靶治療上頭,巨孔隙高分子材料相較於過去繁複的做法也簡化許多。台北科技大學材料系教授李嘉甄:「(過去)一個是利用模板法,另外一個就是藉由多重乳化法,可是這兩個步驟都非常的複雜,常常做出來是形狀不規則,或者是說形狀上不是這麼的完美。」
 
鋰電新技術 加速發展

電動車最貴的地方就在電池,成本占整體的30%-50%,未來運用新的技術和科技,在降低鋰電池成本的同時,也增加安全性和效能,更能加快電動車普及的速度。【世界翻轉中】

更新時間:2017/10/18 22:10

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