<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鋰離子電池開發的幾個研究方向

   1. 高電容量奈米結構鋰離子電池負極材料開發 :
       開發電容量超過600 mAh/g之電極材料,包括矽、鍺、各式化合物,來取代傳統僅有
       300mAh/g之碳材,並尋求其快充以及高穩定性之追求。

   2. 新型鋰離子電池結構之開發 :
       開發新型的無黏著劑之電極,製作出超輕量化的鋰離子電池電極。

   3. 超高面積電容量 :
       開發面積電容量超過10 mAh/cm2之電極,取代傳統輸出4 mAh/cm2的鋰離子電池。

   4. 軟包式高電容量鋰離子電池 :
       我們已引進軟包式鋰離子電池封裝的設備,主要開發大面積、超高電容量、重量輕化、可撓
       性佳的電池,與市售電池之規格能相符搭配。


   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):

  鍺為負極之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。

   
   

<奈米材料於能源及生醫之應用>

   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,遍及電子元件、燃料電池、太陽能電池、生物科技、醫學醫藥等產業。我們實驗室可以化學合成法,藉由調整參數,合成出新穎的奈米粒子,且能精準的控制其形狀、產量以及結晶性。

奈米太陽能電池應用:

   在無機奈米材料於太陽能電池工程上的研究,主要發展新型無機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。

奈米生物醫學應用:

   以金奈米作為三維顯微造影的顯影劑,將之注入生物體中,再藉由共軛焦顯微鏡,可清楚描繪微血管之三維結構,成為相關領域之重要工具。