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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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一年研究費不到千萬,拿下產業創新奧斯卡獎 和英特爾同獲獎的台灣鋰電池團隊

文/楊之瑜

彭裕民(左一)和潘金平(右一)領軍的工研院研究鋰電池研究團隊,靠著一般解決問題的熱情做研究,終於受到國際獎項肯定。
彭裕民(左一)和潘金平(右一)領軍的工研院研究鋰電池研究團隊,靠著一般解決問題的熱情做研究,終於受到國際獎項肯定。

一個差點被放棄的技術,與一個八人小組,
經過五年苦撐,終於打敗上千個競爭對手,
與美國國家太空總署等一起站上創新技術舞台。


這是一個八人小組,投入13,000個小時對解決問題的熱情,所掙來的國際榮耀。

工研院材料與化學研究所的高安全性鋰電池研究小組,今年11月,即將赴美,領取被譽為產業創新奧斯卡獎的「100科技研發獎」(R&D 100 Award),他們從上千個競爭對手中脫穎而出,一年不到一千萬元的研究經費,與總研發費用超過新台幣1,800億元的英特爾(Intel)、美國國家太空總署並列得主。

鋰電池,是所有電子設備所不可或缺的燃料心臟,卻也是最不穩定的電子零組件。

消費性電子大廠索尼(Sony)就曾因為鋰電池出事,在2006年9月宣布實施全球電池召回計畫,砸下510億日圓(約合新台幣184億元)的執行費用,也使得該季營業虧損大增到208.3億日圓(約合新台幣74億元)。

過去,以探針測試台製與日製的鋰電池,測試十顆中大概就有四到五顆會爆炸。全球各大電池芯廠為了解決電池可能引發的爆炸問題,不是在電解液、隔離膜上動手腳,就是在線路設計上調整,避免短路造成火花引燃。

解決鋰電池易爆炸的問題

負責帶領團隊的潘金平,對於五年來的研發過程深有所感。
負責帶領團隊的潘金平,對於五年來的研發過程深有所感。

現在,工研院高安全性鋰電池研究團隊提出一項全球獨有的創新做法,同樣以探針測試,每測試十顆鋰電池就可以通過十顆,安全達成率100%。

「這項技術就像是在層層關卡外,再包上一層防護膜,讓危險因子跑不出門。」提供BMW電動車鋰電池組的能元科技副總經理鄭宗田指出。

工研院高安全性鋰電池團隊的開創新做法,是在最容易釋出氧氣的正極材料加上STOBA保護膜,一遇到高溫,保護膜就擋住氧分子往外逸散的路,接觸不到外面高溫的環境,也就沒有引爆的問題了。

「我們這項技術可以說是電池內部的奈米級保險絲,」工研院材化所副所長彭裕民這樣比喻。

這個八人小組,整整花了五年的時間,負責帶領團隊的儲能材料及技術研究組組長潘金平坦言,回想起來,方向也不確定對,也不知道能不能做得出來,可是「微微曚曚中透出一點光,就覺得應該要朝那個方向努力。」

2004年,應廠商要求,材化所試著用十五年前研發出的STOBA,解決鋰電池電解液滲漏的問題,意外發現這樣的電池不易爆炸。


歷經上百種配方組合測試

STOBA添加在鋰電池後形成防護膜,好像式奈米級保險絲,避免電池發生短路,確保電池的安全性與實用性。
STOBA添加在鋰電池後形成防護膜,好像式奈米級保險絲,避免電池發生短路,確保電池的安全性與實用性。

為了找出原因,當時整個團隊花了約三個月的時間,每天至少十個小時,針對電池的所有重要材料:正極、負極、電解液、隔離膜,設計各式各樣的實驗,測試過上百種組成方式,再拿著做出來的電池芯,用導電探針一次次刺下,測試爆炸數據。

只是,這是低潮期的開始,材化所副所長彭裕民說,「東西加進去,卻不知道它跑到哪裡去了,做了什麼事情(產生什麼變化)。」

一邊傷腦筋,一邊潘金平還得對外部專家報告實驗進度時,解說之際,看到眼前這張由同事製作的投影片,他可傻眼了,當時心想:「糟糕了,那是失敗的數據,怎麼會拿出來讓人家review(檢視),會挨罵的。」

出乎意料的,專家竟從失敗數據發現:這次探針刺入後爆炸延遞時間,要比以往長,他告訴潘金平:這個是獨特現象,要檢討配方。

潘金平笑說,這次經驗讓他真的體會到失敗為成功之母,「雖然結果都是失敗的,但是過程已經有不一樣的地方了。」

這個美麗失誤,引導團隊發現,原來能夠抗高溫的STOBA,就那麼剛剛好停在一遇高溫就會釋出氧氣的正極材料上。

找到這個材料的運作原理後,才發現更大的挑戰還在後頭。

已引起BMW電動車興趣

「到這個階段還只是實驗室裡面的成果,我們要做出能夠讓廠商量產的東西,」潘金平說。30%的生產良率,廠商興趣缺缺。

彭裕民說,當時就像一群瞎子在摸象。

為了要突破,團隊成員商借進駐廠商位於台中的生產線,每天趁著工廠下班後的時間,進行試產,做到凌晨三、四點是家常便飯。這樣的日子過了快一年,良率卻還是進展有限,整個團隊,陷入谷底。

「其間我們甚至一度(出現)半放棄(狀態),」彭裕民回想當時情況說道,「原本預期很快就可以突破的事情,卻拖了很久(還是)沒重大進展。」

後來,潘金平從光電所找來一位擅長系統分析的老同事加入團隊,這個老同事除了化學之外,也對電學略有掌握,加入後他馬上著手進行實驗,每天構思不同的化學組成比例,在實驗室裡做到凌晨一、兩點,終於找到完美比例,試產良率頓時從30%拉高到近100%。

彭裕民回頭看這次的成功,「重要的是要很多不同專長的人,化學、電池材料、分析、測試,不同專業注入的是不同的觀點。」

這群熱愛做研究的成員,即使拿下聞名國際的獎項、即使他們開發出來的成果已經讓全球知名車廠如BMW聞風而至,取回樣品做電動車電池測試了,但開心三分鐘後,現在又已經開始著手進行STOBA材料的其他應用研究。

對他們來說,得獎只是附帶的好處,做研究當中靈光乍現、找到答案的感覺,才是最大的樂趣。潘金平講起做研究,原本平緩的語氣忽然變得有點興奮:「那種一通百通的感覺真的很好。」

本文係經《商業周刊》授權使用

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