降低锂电池起火风险!__台科大王复民助力绿能产业发展获有庠科技发明奖
▲台科大王复民特聘教授(左3)研发「锂电池正极材料制备方法」,荣获2024有庠科技发明奖肯定。(台科大提供)
为了在2050年达成净零碳排的目标,政府针对能源、产业及生活等方面提出相关策略,其中锂电池在电子产品、车用电池及储能系统中扮演关键角色,然而,锂电池爆炸起火的灾害却时有所闻。国立台湾科技大学应用科技研究所特聘教授王复民致力於电池与有机材料研究长达二十年,他透过在锂电池正极材料中加入新开发的寡聚物添加剂,降低电池起火爆炸的风险,并维持电池性能与寿命,荣获2024有庠科技发明奖绿色科技类奖项肯定。
王复民说明,锂电池是目前储存能量最高的电池,若要提升锂电池安全性、还要能维持性能并不容易,他比喻两者就像翘翘板,「希望电池安全,那性能就会降低;性能、效率越好或越易使用,使用的风险就会提高」,如何兼顾风险与性能,正是「锂电池正极材料制备方法」的研究核心。
王复民利用添加剂使电池内的活性物质表面形成钝性膜结构,防止电池正极中的三价或四价镍离子还原成二价镍离子,稳定电池内的化学反应,有效解决锂电池在高温高电压下的安全问题,并在保持性能的同时,延长使用寿命。这项技术虽然会增加每公斤约3%至5%的原料成本,但安全测试通过率倍增,在成本和安全性之间达到合理的平衡,因此深受业界青睐。
锂电池在储能技术上的应用广泛,常用於储能柜或不断电系统,特别是对二十四小时不间断运行的半导体厂,锂电池是保证稳定运作的重要工具。平时储能柜多处於静置状态,只有在停电或电力故障时启动,因此相关产业对锂电池的安全性要求特别严格,并持续投资锂电池技术的改进与升级。
尽管如此,王复民也坦言锂电池没有100%的安全,现有技术只能将风险尽量降低,或是延长使用者在电池起火或爆炸时的逃跑时间。他提到,理想的状态是锂电池在发生故障时不会起火爆炸,而单纯只是失去功能,「让它安静体面的结束作为电池的一生。」
「锂电池正极材料制备方法」已在台湾、美国和中国取得专利,并应用於多家锂电池制造商,其中包括韩国三星的多款手机和平板电脑正是使用王复民技术,以提升安全性、寿命及电池性能。台科大的研究团队也持续与至上电子公司合作,在台科大新竹分部建立试产与验证实验室,针对电动车的特殊需求改良锂电池技术,预计未来将在电动车市场拥有更广泛的应用。
「产业界的问题就是我的研究题目」,王复民积极与业界进行合作,使研究成果更趋近於市场需求,此外还可以透过厂商进行更深入的分析、评估,例如∶将锂电池实际安装在不同的电力系统中,由厂商分析哪一种电力系统更适合该款电池。厂商也会将成果做反馈,让王复民可以进行後续调整或新的技术研发,实现双赢局面。
王复民接下来的研究方向将强调绿色环保,他表示,因生产锂电池需要使用镍、锰等重金属,要完全「绿色制造」有相当难度,但或许可以在外观、包装朝向使用绿能材料为发展方向,或是开发二氧化碳电池、环保有机高分子电池等,让电池的制造与回收更加友善。
随著锂电池技术的快速发展,未来的市场需求将更加多元,王复民也致力於协助政府建立相关法规,让锂电池的安全性更加受到重视,并期待未来可以协助产业技术发展,为全球绿色科技的推广与应用贡献力量。
王复民说明,锂电池是目前储存能量最高的电池,若要提升锂电池安全性、还要能维持性能并不容易,他比喻两者就像翘翘板,「希望电池安全,那性能就会降低;性能、效率越好或越易使用,使用的风险就会提高」,如何兼顾风险与性能,正是「锂电池正极材料制备方法」的研究核心。
王复民利用添加剂使电池内的活性物质表面形成钝性膜结构,防止电池正极中的三价或四价镍离子还原成二价镍离子,稳定电池内的化学反应,有效解决锂电池在高温高电压下的安全问题,并在保持性能的同时,延长使用寿命。这项技术虽然会增加每公斤约3%至5%的原料成本,但安全测试通过率倍增,在成本和安全性之间达到合理的平衡,因此深受业界青睐。
锂电池在储能技术上的应用广泛,常用於储能柜或不断电系统,特别是对二十四小时不间断运行的半导体厂,锂电池是保证稳定运作的重要工具。平时储能柜多处於静置状态,只有在停电或电力故障时启动,因此相关产业对锂电池的安全性要求特别严格,并持续投资锂电池技术的改进与升级。
尽管如此,王复民也坦言锂电池没有100%的安全,现有技术只能将风险尽量降低,或是延长使用者在电池起火或爆炸时的逃跑时间。他提到,理想的状态是锂电池在发生故障时不会起火爆炸,而单纯只是失去功能,「让它安静体面的结束作为电池的一生。」
「锂电池正极材料制备方法」已在台湾、美国和中国取得专利,并应用於多家锂电池制造商,其中包括韩国三星的多款手机和平板电脑正是使用王复民技术,以提升安全性、寿命及电池性能。台科大的研究团队也持续与至上电子公司合作,在台科大新竹分部建立试产与验证实验室,针对电动车的特殊需求改良锂电池技术,预计未来将在电动车市场拥有更广泛的应用。
「产业界的问题就是我的研究题目」,王复民积极与业界进行合作,使研究成果更趋近於市场需求,此外还可以透过厂商进行更深入的分析、评估,例如∶将锂电池实际安装在不同的电力系统中,由厂商分析哪一种电力系统更适合该款电池。厂商也会将成果做反馈,让王复民可以进行後续调整或新的技术研发,实现双赢局面。
王复民接下来的研究方向将强调绿色环保,他表示,因生产锂电池需要使用镍、锰等重金属,要完全「绿色制造」有相当难度,但或许可以在外观、包装朝向使用绿能材料为发展方向,或是开发二氧化碳电池、环保有机高分子电池等,让电池的制造与回收更加友善。
随著锂电池技术的快速发展,未来的市场需求将更加多元,王复民也致力於协助政府建立相关法规,让锂电池的安全性更加受到重视,并期待未来可以协助产业技术发展,为全球绿色科技的推广与应用贡献力量。