吳乃立教授團隊發表先進鋰離子電池技術研究成果

綠能產業被列為國家未來發展之重點產業，可再生能源的發展重要一環在於廉價且高容量儲能電池系統的開發。電動車產業的成功與否亦端賴電池技術的發展。鋰離子電池為未來可預見的主要電池技術。其中鋰金屬負極的開發被視為高容量負極材料開發的”聖杯”，世界各先進國家均競相投入相當的研究資源在此議題上。鋰金屬負極的應用主要面臨的挑戰在於鋰枝晶的生成與過低的庫倫效率。前者易導致因電池短路造成之火災，而後者造成電池壽命不佳等重大問題。

化學工程學系吳乃立教授研究團隊，近年來致力於安全與長壽命鋰離子電池技術的研究，倡導以軟質薄膜技術作為人工電極-電解液界面相(artificial solid-electrolyte interphase; ASEI)的創新概念，借以調控電極表面的充放電行為，增進電池的各項性能。尤其近年來在鋰金屬負極方面技術的開發上屢有重大的進展。吳教授研究團隊於107年研發成功微米級柔性ASEI，為當時抑制鋰枝晶ASEI技術中已知最薄的表面鍍層。減少ASEI厚度能達成更高的能量密度。研究成果發表於Advanced Energy Material期刊。近期更於Nature Communications揭露，運用有機-無機複合材料的設計(圖)，開發出具有高韌性及高溫穩定性之奈米(<100 nm) ASEI薄層，在同時滿足高電流密度以及高鋰鍍層電容量的操作條件下，能有效抑制鋰金屬枝晶的生成，並顯著提升了充放電庫倫效率。也創下成功運用ASEI鋰金屬負極於高溫(50 oC)操作之首例。

在此次發表之研發成果中，吳教授及其博士後研究員翁郁婷博士領導的團隊完成了ASEI材料的設計與合成，結合史丹福大學崔屹教授團隊共同完成各項材料性能分析。並透過化學工程系徐治平教授團隊的理論分析，首次揭櫫ASEI抑制枝晶的機制理論。研究成果不論在材料開發與理論建立上，對鋰金屬負極技術發展均有重要的貢獻。本研究計畫亦為本校前瞻綠色材料高值化研究中心執行之研究計畫產出。