<高效能鋰離子電池之開發>

    鋰離子電池被用於手機、數位相機、電腦等各式電器中，為市場膨脹最為龐大，每年全球生產70億顆、產值達78億、年成長達 12%以上，且最廣為所使用之可攜式電池，然而目前商用鋰離子電池不管於能量密度、材料都已達其極限，若需要將鋰離子電池應用於超耐久之3C電子產品手機、電網系統、電動車、電動工具、智慧機器人、飛航系統的話，如下圖所示，需要將現行的鋰離子電池做結構上、材料上得到高能量正極材料、高容量負極材料、高安全隔離膜、機能性電解液、以及系統上的多方面搭配的改變。本實驗室致力於開發下一世代之鋰離子電池。以下為目前實驗室於高效能儲能電池開發的幾個研究方向:

(1)高電容量奈米結構電池負極材料開發、(2)新型電池結構之開發、(3)軟包式高電容量電池 :

    

   本實驗室已開發之鋰離子電池成果範例
  
   (1) 奈米線鋰離子電池：

  擁有超過1130 mAh/g 克電容量，約傳統碳電極的3倍，並可擁有高速充放電能力(11 C rate)，6分鐘即可充放完1循環的速度。

                
                
   (2) 石墨烯複合物鋰離子電池：

  我們開發出鍺/石墨烯複合物鋰離子電池，擁有超過1332 (mAh/g)克電容量，並可擁有容量非常接近鍺的理論電容，約傳統碳電極的3.5倍，並可擁有超高速充放電能力(20 C rate)，3分鐘即可放完1循環的速度，且循環壽命可超過500 cycles，顯示其極度穩定之電池性質。

         
         
   (3) 軟包式鋰離子電池之實現(可點選影片展示)：

  軟包式鋰離子電池可提供高電流可驅動各式的電器，做為材料開發的重要驗證。

   
   

<半導體奈米材料之合成與應用>

   半導體奈米材料表現出比較大尺寸相同的化學物質不同的獨特性能。這些新材料不僅更輕、更強靭、更具彈性，且材料本身具有高靈敏度、多功能、智慧化等特性。這些新的特性產生新的應用、新的裝置。我們實驗室可以化學合成法，藉由調整參數，合成出新穎的半導體奈米粒子，且能精準的控制其形狀、產量以及結晶性, 並將之應用於半導體與能源電池等產業。

半導體奈米元件:

  半導體材料如一維奈米線因其獨特的電傳輸特性而備受關注，這顯示出構建許多納米級器件的前景，如場效應晶體管、邏輯單元、存儲器件和傳感器。 由於與現有 CMOS 技術兼容 ，因此它們特別受關注。 我們實驗室已製備出半導體奈米線如Si, Ge, CuP₂等並對於進一步的器件縮放和小型化, 做出奈米線電晶體, 如下圖所示。

半導體能源電池:

  在半導體奈米材料於太陽能電池工程上的研究，主要發展新型半導體奈米材料用於太陽能電池之吸收層與催化電極上的部分。製備出奈米粒子墨水，利用噴灑方式將之用於染料敏化電池(DSSC) 與銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池。我們已可得到工作面積2平方公分的染料敏化電池，轉換效率達到7%以上。電池可經由串聯或並聯方式得到高輸出電壓以及高電流，因此可用於許多電器實用上。