電池研究新趨勢 安全、容量角力戰

隨著電子產品成為生活中的必備品，從手機、平板到筆記型電腦，電池成為一種必備工具，使用這些隨身產品，離不開電池，所以，學術界與業界除了持續開發更方便以及更加輕巧的電子產品，也同步持續研發電池技術。

以目前鋰電池市場而言，隨著高功率（高電流輸出・高容量）、大型化，以及電動車等車載應用普及，鋰電池的安全度也成為當前最重要的課題。

鋰陶瓷電池超薄可彎

國內目前最受到矚目的電池技術，就屬輝能科技的FLCB（FPC Lithium-Ceramic Battery）超薄軟板鋰陶瓷電池，該種電池有0.32~0.36mm超薄厚度，並可進行15~17mm的彎曲，且就算破損、打洞後也不會產生火花或爆炸，相當安全。

輝能科技表示，FLCB超薄軟板鋰陶瓷電池可結合手錶等，用於3C產品、綠能、電動車、穿戴式配件或NFC等領域，像是搭配HTC One max手機推出的「HTC Power Flip Case可翻式電源擴充保護套」應用此技術，讓手機殼化身行動電源。

工研院STOBA不起火

除了小型裝置的電池安全，電動車電池安全已成為全球矚目焦點，在日本鋰電池產業有如教父級地位，更在2014年獲美國科學院頒發素有工學領域諾貝爾獎之稱的「查爾斯‧斯塔克‧德雷珀獎」（Charles Stark Draper Prize）的西美緒先生則說，「鋰電池使用的是有機電解液，但往往因電池的不當使用而引發爆炸或起火」。

工研院研發出可防止鋰電池爆炸的高安全性電池材料STOBA，9月底授權日本亞太三井化學獨家製作及銷售專利使用，並將在2016年在台成立STOBA生產據點，預計將可大幅提升鋰電池安全保障。

工研院表示，STOBA是一種奈米級樹枝狀結構的高分子化合物，當鋰電池發生異常，產生高溫時，會形成一道薄膜阻隔鋰離子間的流動，穩定鋰電池，可抑制電池內部的溫度上升失控，避免爆炸。

Silican延電池壽命

以上研究多半著重於電池的安全性以及外觀的改變，而成大與業界合作的台灣新創團隊Silican正著手研究關於延長電池壽命的關鍵。該團隊發現目前次世代矽電池中，其實電池壽命的關鍵在於內部原料矽（Silicon）的縮放特性。

Silican技術長李奕錩表示，目前商用鋰電池以石墨碳粉為主要負極材料，目前單一規格內容量已經達到上限（360mAh/g），替代材料矽雖然可以達到3,900mAh/g的超高容量，但是因為矽於充電時會破裂，造成分子損毀，進而造成這種電池的不可逆以及循環壽命過短的問題。

Silican執行長鄭尹瑋指出，該團隊長期專注材料研究，發現了上述的破壞機制，也研發出減緩這項破壞機制的關鍵，目前開發出來的產品可以讓矽為原料的電池，容量達到2300mAh/g，也讓循環次數超過200次，目前仍然持續測試，預計明年初可完成500次的循環驗證數據。

鋅電池可彎可充電

此外，除了鋰電池外，許多人也開始著手全新的電池材料，美國新創公司Imprint Energy正在開發超薄型鋅聚合物電池，未來將應用在手腕配戴裝置上，他們還希望出售給穿戴式電子產品、醫療裝置以及環境感應器製造商等。

該公司共同創始人兼總裁金凱（Brooks Kincaid）說，這種電池結合了薄膜鋰電池和印刷電池兩方面的最佳功能。一般薄膜電池含有活性元素，充電容量有限，製造成本高；印刷電池主要以鋅為原料，成本便宜，充電容量高，卻有無法重複充電的缺點。Imprint Energy研發的鋅電池擁有兩者優點，且鋅的環境穩定性高，不再需要像對氧氣敏感的鋰電池，預先做好防護準備。重要的是還可以彎曲1千多次。

成大鎂電池具競爭力

如果要說下一代最具電池潛力的原料是什麼，大概就屬「鎂」，成大材料工程系教授洪飛義說，其實鋰非常不穩定，因此用於電動車，發生過許多車輛相撞起火或是自燃事件，但是鎂電池相當安全，碰到空氣僅變成氧化鎂，且一般鋰電池在零下15℃的低溫下，電子產品若關機，再開機鋰電池就無法發揮作用，但是研究團隊開發出的鎂電池，經研究證實在零下30℃的低溫下，電池仍可正常運作，即使在55℃高溫也不會有問題。

洪飛義與成大貴重儀器中心陳冠仁博士組成的電池研究團隊，積極投入「下世代鎂電池應用技術研發」，洪飛義表示，世界各國都在找尋新一代更高效率的電池，鎂電池被視為最具發展潛力。

鎂電池容量較傳統鋰電池多出8~12倍，充放電效率提高5倍，洪飛義舉例，電動自行車以傳統鋰電池充飽約180分鐘，但是鎂電池只需要36分鐘，他說，目前成大已經取得鎂電池相關專利，該項技術可望成為台灣未來的競爭力所在。

不過，洪飛義坦言，目前鎂電池的成本仍然因為電解液無法降低，因為鎂電解液難以製作，目前都仰賴與國外購買，讓目前鎂電池較鋰電池貴3倍，但是成大已經著手研發鎂電解液，若成功之後，未來鎂電池就具有充電快、便宜與安全特性，可望取代鋰電池。◇