開發低價奈米纖維素複合式電解質薄膜及應用於金屬空氣電池特性之研究

全世界各先進國家都愈來愈重視，異常氣候變遷現象以及地球有限天然資源過度利用所帶來的嚴重問題，如何提供可持續性(Sustainable)發展的美好科技生活環境，開發高效率綠色能源材料與儲能電池元件技術是重要關鍵。而高容量及高效率儲能系統可提升目前發電系統效率、電力品質並推廣替代及再生能源(renewable energy source)的廣泛應用，極具科學與經濟價值。由於3C產品電池燃燒爆炸事件的新聞不斷發生，連Tesla電動車也因為撞擊出現汽車電池自燃的負面訊息，因此主要國家產業界都在積極尋求及佈局更安全、有效的新能源技術。其中金屬空氣電池例如鋰空氣電池，可利用通過催化空氣陰極轉化出過氧化鋰電解質及鋰陽極，使得同重量的空氣電池比傳統電池的儲電量高九倍。因此，本計畫擬開發具高能量密度之低價奈米纖維素複合電解質薄膜，並應用在金屬鋰、鋅、鋁空氣燃料電池，不僅保有金屬離子電池之高電壓特性和低電池記憶效應，並可結合燃料電池之高安全性與天然環保材料，開創一個新穎之高能量密度環保型鋰空氣電池系統的全新綠色能源技術。我們探討天然纖維素材料（cellulose）做為複合式固態電解質薄膜的研發基材，並應用於具高能量密度之金屬空氣燃料電池如鋰空氣電池、鋅空氣電池以及鋁空氣電池。本計畫提出一種耐高溫纖維素衍生物及製備此種耐高溫及抗收縮複合式電解質隔離膜的製造方法，離子導電度可達到10-3 S/cm vs Li+、10-2 S/cm vs OH- or H+以及陰極多孔性碳材料之製備。我們將克服原纖維素材料因含大量氫鍵及高結晶度所造成在高溫環境加工或使用容易裂解而無法有效應用的問題，先把纖維素接枝上低烷基鏈段以降低纖維素分子鏈間的氫鍵及結晶度，使成為內穿透網狀結構之交聯纖維素以增強其機械抗張強度與耐熱特性，提升材料之熱裂解活化能＞150 kJ/mol，改善纖維素電解質材料之耐熱性與電池尺寸安定特性，將可更符合電化學元件安全應用需求。本計畫將搭配新穎多孔性碳極材料之製備，將碳粉細微化以及進行表面處理改質，增加實質多孔層特性，有利於電池組裝應用時電化學反應物之沉積與反應，且可同時具有疏水特性，降低水份進入電池組之干擾，提升新穎奈米纖維素複合電解質薄膜金屬空氣電池產業之應用性。預定三年計畫主要工作目標如下： 第一年、合成耐高溫之低價奈米纖維素複合式電解質薄膜並開發其專利製程，探討其金屬

系統編號:PB10901-0695
原計畫編號:MOST108-2221-E182-020-MY3