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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

312期2017年10月號

出版日期:2017/10/15

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延長鋰電池壽命 讓電動車多跑300公里

撰文/劉麗惠 攝影/黃鼎翔

電動車得常常充電、換電池,好麻煩?工研院創新研發「化學SEI改質長續航力電動車鋰電池」,為鋰電池敷抗老面膜,可使續航力多兩倍、壽命拉長到十年,為電動車與儲能設備的普及,創造無限可能。

工研院獨創「奈米級SEI 保護膜」技術一次解決鋰電池壽命短與續航力不足的問題。
工研院獨創「奈米級SEI 保護膜」技術一次解決鋰電池壽命短與續航力不足的問題。

電動車發展十幾年,至今仍然無法全面普及,關鍵因素在於電動車關鍵零組件「電池」身上。工研院材料與化工研究所儲能材料及技術研究組組長潘金平指出,現階段電動車主要採用鋰電池,存在著安全性、續航力不足、壽命不夠長等問題,因此至今仍然難取代燃油汽車。

面對電動車發展的瓶頸,工研院多年前以「自身終止高分歧寡聚物技術」(Self Terminated Olygomers with hyper-branched Architecture;STOBA)的電池材料創新技術,解決電動車鋰電池的安全性疑慮;如今又以獨創的「奈米級SEI保護膜」技術,開發出「化學SEI改質長續航力電動車鋰電池」,不僅增加鋰電池壽命達十年,續航力更是一般鋰電池的兩倍,一次解決鋰電池壽命短與續航力不足的問題,可望加快全球電動車的滲透率,為地球環保永續貢獻心力。

2017全球百大科技研發獎入圍 - 化學SEI改質長續航力電動車鋰電池

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工研院的「化學SEI改質長續航力電動車鋰電池」,將其於混漿製程時加入電池正極材料,就像為肌膚擦上保養品,即使面臨風吹日曬、高溫等不利的環境,仍能為鋰電池形成一層保護膜,減緩電池的「老化」,讓充放電次數增加、壽命更長。經此項技術改質後的鋰電池,可較未改質材料的電池壽命延長約70%。

鋰電池也能敷「面膜」 留住青春

「手機用的鋰電池在使用一段時間之後,續航力會逐漸縮短,電池壽命至多也只有二至三年,」潘金平解釋,這是因為鋰電池在充放電過程中,有機溶劑會攻擊電極材料,產生電化學反應而形成固體電解質界面膜(SEI),SEI不斷累積,導致鋰電池蓄電量一再減少,最終無法使用。

為解決這個問題,工研院以化學法直接在電極材料表面,披覆穩定性優異的「奈米級SEI膜」,保護電極材料,如此可有效減低鋰電池在充放電過程中,受到有機溶劑的破壞程度。 「這就像是在人臉抹上一層保養液與防曬霜一樣,對電池提供一層保護,用以延長電池循環壽命,增強其續航力,」工研院材化所鋰電池可靠度設計研究室研究主任吳弘俊妙喻,就像敷面膜減少角質增生,減緩皮膚老化一樣,「奈米級SEI膜」也可減少SEI增生,減緩電池損壞程度。

電池壽命達十年 續航力倍增

事實上,工研院在鋰電池領域已累積了十幾年的研發能量。潘金平回憶,最初研究團隊聚焦安全議題,以奈米級樹枝狀結構的高分子化合物,開發出STOBA技術,可在電池溫度異常升高時,自動形成薄膜阻隔鋰離子與電子的流動,穩定電池,避免爆炸;接著,團隊精益求精,再創「奈米級SEI保護膜」技術,使鋰電池循環充電次數提升高達4,000次,以每天充放電一次來計算,電池壽命可以超過十年,使用壽命大躍進。

之後,研究團隊又進一步使用能量密度更高的電極活物材料組合,將電池的體積能量密度推到1,000Wh/l以上,大幅提升電動車鋰電池的續航力。潘金平指出,研究團隊將「奈米級SEI保護膜」,應用於某知名電動汽車品牌搭載的鋰電池中,發現包覆此薄膜的電池,充飽電的續航里程可以達到500到600公里,較原本的300到400公里高出近兩倍。

潘金平強調,電池是電動車成本最高的關鍵組件,幾乎占整車成本的一半,因此一旦電動車電池壽命不夠長,會降低人們採購電動車的意願。如今,包覆了「奈米級SEI保護膜」的「化學SEI改質長續航力電動車鋰電池」,可大幅提升電池壽命,一舉解決電動車因電池壽命太短,頻換電池拉高成本的問題;另外,續航力增加也可大幅提高電動車的可用性,這些都有助於提高消費者從燃油車改用電動車的意願。

用於家庭儲能 加速潔淨能源的推廣

由於「奈米級SEI保護膜」很大程度克服了電動車鋰電池的續航力與壽命問題,很快就獲得廠商的青睞,現已技轉給國內多家鋰電池廠;目前也與電動機車廠商合作,導入示範驗證與測試,可望順利將「奈米級SEI保護膜」推向商業化。

在電動車應用之外,為響應政府實現非核家園與節能減碳的儲能產業發展,將來「化學SEI改質長續航力電動車鋰電池」也可應用於家用小型儲能設備上,加速潔淨能源的普及應用。潘金平解釋,潔淨能源發展的瓶頸之一,就是儲能技術發展不夠成熟、成本太高。期待未來「化學SEI改質長續航力電動車鋰電池」在家庭儲能系統上也能發揮優勢,對太陽能與風電的推廣與普及,做出貢獻。

工研院的「化學SEI改質長續航力電動車鋰電池」,為鋰電池這項現行最普遍的儲能技術,開拓了更具潛力的未來,因此獲得國際肯定,入圍2017全球百大科技研發獎,不僅為台灣科技創新爭光,也大舉提升了我國綠色能源產業的競爭力。

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