開發出兼顧能量密度及安全性的鋰電池，向來是科學家努力的方向。陽明交通大學材料科學與工程學系特聘教授張仍奎在國科會研究計畫的支持下，今（1日）宣布成功開發「離子液體電解質材料」，兼具耐高溫與高電壓特性，目前已和國內5家科技業者合作，初步把電池應用在3C電子、小型車用產品。
新一代「離子液體電解質」強在哪？
在各式儲能電池中，鋰電池擁有高能量密度、高充放電效率的優點，多應用在儲能與電動車產品。「電解液」為鋰電池組成的四種關鍵材料（正極、負極、電解液、隔離膜）之一，又被稱為鋰電池的「血液」，負責在電池的正負電極之間傳導電子。
不過，傳統使用有機溶劑的電解液，具低熱穩定性、高揮發性與高度可燃性的問題，一旦電動車遭受撞擊後，車上安裝的電池會因熱失控引發自燃、爆炸起火。
其次，為追求電池的高能量密度，常需高操作電壓，傳統有機電解液在高壓下容易發生不穩定，進而造成電池性能衰退。
為解決傳統有機電解液的問題，陽明交大團隊投入十年時間終於順利開發「離子液體電解質」， 透過調整電解液的陰陽離子結構設計、鋰鹽配方及共溶劑與添加劑選擇，可有效提高電池在高電壓下操作的穩定性與安全性 。
舉例來說，一般電池電壓多為3.4伏特（V），但採用離子液體電解質的電壓大於5伏特（V），可以大幅提高電池的充電效率，適用於高能量密度需求的鋰三元電池。
在安全性上，別於一般電動車自燃溫度較低、約200度，採用離子液體電解質的熱分解溫度大於400度，意思是該電池耐熱性高，有助提升電池的熱穩定性。
與5家科技公司合作，應用3C電子、小型車
目前陽明交大團隊陸續和國內5家科技公司與研發機構進行產學合作，逐步邁向商業應用。
張仍奎指出，該材料已應用在鈕扣電池與軟包電池，由於目前離子液體電解質的量產規模不大，仍有「成本較高」的挑戰，因此採用離子液態電解質材料的電池，現階段主要使用在穿戴式裝置、二輪摩托車，該產品使用的電池量較少，以成本為考量。
值得注意的是，目前業界較多討論的次世代電池類型為「固態電池」，主要是將固態電解質取代液態電解質，同樣具有降低熱失控風險、提高能量密度的優勢。對此張仍奎觀察，「固態電池距離商轉較遠，且成本『更高』，使用離子液體電解質相對比較務實。」
不過電池的技術日新月異，除了電解液，張仍奎所帶領的研究團隊持續耕耘儲能材料技術，同步研發鋰電池正負極材料、固態電解質開發及高充放電功率超級電容器、鈉電池、鋁電池、鎂電池等研發，為國內電池產業注入研發的能量。
責任編輯：錢玉紘
