Research on New Composite Solid Polymer Electrolytes for Metal-Air Fuel Cells and the Electrochemical Stability

由於國際原油價格屢創新高，加上對環境以及生態保護的需求，研究創新更有效率的能源利用方式已成學術界及產業界最迫切重要的研究課題。金屬-空氣燃料電池具有高效率、低污染的發電科技優勢，目前亟待突破的關鍵技術主要在兼具高離子導電性及電化學穩定性的電解質薄膜。本計畫原申請以兩年研究新型複合式固態高分子電解質(composite solid polymer electrolyte, CSPE)，以取代傳統鹼性電池所使用之液態電解質，可有效改善電池的電解液滲漏問題，且因固態高分子電解質可塑性高，容易製備成輕薄短小適合應用於各式電子、光電產品的電池元件。我們使用高親水性聚乙烯醇及丙烯酸單體進行聚摻合反應，配合適當交聯劑、起始劑及反應條件予以控制，另將多微孔性薄膜、不織布等基材進行表面磺酸化改質，製備成各式高離子導電度的複合式固態高分子電解質。然後將新型複合式固態高分子電解質加上多孔性鋅電極作為陽極和空氣電極(多孔性碳電極)，組裝成金屬-空氣燃料電池等電化學元件系統，評估其電化學特性，主要包括放電曲線、使用壽命(cycle life)、電化學穩定性、自放電率等。結果將與國際文獻最新技術做比較，進一步改善新型複合式固態高分子電解質製程關鍵技術，並評估開發新型高分子金屬-空氣燃料電池元件。本計畫第一年已完成新型複合式固態高分子電解質的製備、結構與基礎電化學特性分析以及部份基材磺酸化改質的研究，目前相關研究成果已發表多篇期刊及研討會論文、申請四件專利、並獲邀撰寫Fuel Cell Research and Development專書(Nova Science Publishers, New York USA)。其中有三篇論文係刊登於SCI前1/10期刊Journal of Membrane Science：(1) 275, 127、(2) 280, 802、(3) 284, 120。第二年將繼續研究新型複合式固態高分子電解質最優組合，探討金屬-空氣燃料電池、Al/MnO2、 Zn/MnO2電池之電化學特性及其實務運用，針對可能的缺點予以改善，我們也將進一步研究高溫型鹼性複合式固態高分子電解質，逐步加強建立鹼性離子導電機制的模型與基礎原理。

Project ID:PB9607-1683
External Project ID:NSC96-2221-E182-022