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2021-12-22

中正大學研發活性奈米碳球 跨國助攻鹼金屬氯電池開發

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 儲能技術是當今能源發展重點之一,高電容量、長壽命又符合經濟效益的電池更是全球矚目的焦點。中正大學化學工程系教授李元堯多年來持續開發各種新穎奈米碳材料,不僅研發出目前全世界最小的「活性奈米碳球」,更與美國史丹佛大學合作,應用該材料成功製作出新型可充放電的鹼金屬氯電池(Rechargeable Na/Cl2 and Li/Cl2 batteries),而跨國團隊合作研究成果日前也發表於全球頂尖期刊《Nature》

 在科技部的經費補助下,2018年7月化工系教授李元堯前往美國史丹佛大學化學系教授戴宏杰實驗室進行為期一年的研究訪問,合作研究高能量密度、安全、長壽命的電池系統。當時史丹佛研究團隊正在開發可充放電的「鋰氯電池」和「鈉氯電池」,除了嘗試各種新型電解液配方,也積極尋找適合的電池正極材料

 李元堯表示,鋰氯電池是由鋰亞硫酰氯電池(Li/SOCl2)演化而來,早在1970年代,這類電池就已被成功研發。該電池的電容量高,且保質期超過10年,更有零下55至85度的寬操作溫度特性,適合用在極地氣候的海洋、地底、太空探索及軍事設備。「然而,最主要的缺點就是無法充電。」李元堯說,史丹佛團隊嘗試了各種不同型態的碳材料,都無法克服電池循環電容量及循環可逆性不佳的問題,直到使用中正大學團隊研發的「活性奈米碳球」,作為電池正極材料,才讓電池整體表現有了重大突破

 摸起來細滑的黑色粉末,是李元堯研究團隊開發的「活性奈米碳球」,有著超多孔隙、高比表面積的特性。碳球比表面積越大,能做反應的活性點越多,「就像海綿一樣可以吸起很多東西,換成電容量會是相當的高,而且反應速度也很快。」李元堯說,目前商用活性碳的比表面積大多是每克1000至2000平方米,而中正大學團隊的活性奈米碳球則可達到每克3200平方米,可說是目前全世界具有極高比表面積的最小碳球

 在美國一年期間,除了李元堯與史丹佛大學團隊共同研究,他在台灣指導的博士班學生戴弘鈞、黃崢亮也參與材料的製作、討論及各種物性檢測。李元堯回台之後,中正大學與史丹佛大學團隊仍持續進行合作。這項鹼金屬氯電池研究經過近3年努力,在今年獲刊於全球頂尖期刊《Nature》,解決了50年來無法充電的問題,其電容量也達到市售鋰離子電池的6倍。李元堯說,感謝戴宏杰院士主持及領導的研究團隊,能有幸一起研究,並見證這項成果發表,還要感謝中央大學材料所教授洪緯璿、台科大化工系教授黃炳照給予多方協助。

 李元堯研究團隊二十幾年來累積開發許多新型碳材,並應用在如鋰離子電池、金屬空氣電池、燃料電池及超級電容器等儲能研究領域。目前李元堯已提出「活性奈米碳球」的材料專利申請,未來將朝材料改質、量產及降低成本等方面繼續優化。他指出,接下來會將「活性奈米碳球」應用在鋰氧電池及鈉離子電池上,期盼為能源產業提供更高電容量、更安全及更有經濟效益的電池儲能技術。

發布時間  /  2021-12-22
新聞日期  /  2021-12-22
觀看次數  /  4731

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