新型複合式固態高分子電解質及其在金屬空氣燃料電池電化學穩定特性之研究

由於國際經濟的快速成長，導致原油價格屢創歷史新高，加上對環境以及生態的保護需求，研究創新以及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研究課題之一。燃料電池具有高效率、低污染、多元化能源的發電科技優勢，但其成本目前仍屬昂貴，加上體積較大，氫氣儲存困難，使得燃料電池要達到商業化以及量化還需一段時間。介於一次電池和燃料電池之間的金屬-空氣電池，不但兼具燃料電池的優點，並且也能克服在電極使用上的瓶頸，目前尚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。本計畫將研究新型複合式固態高分子電解質薄膜(composite solidpolymer electrolyte, CSPE)，以取代傳統鹼性電池所使用之液態電解質，可以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產品的電池元件。實驗擬選用高親水性之聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)以及聚丙烯酸(Polyacrylic acid, PAA)等高分子進行聚摻合反應，加上適當交聯劑及起始劑，再配合將不織布等基材進行表面改質磺酸化反應，所製備高離子導電度的複合式固態高分子電解質將供組裝金屬-空氣燃料電池，並評估其電化學特性。將新型複合式固態高分子電解質薄膜加上多孔性鋅電極作為陽極和空氣電極(多孔性碳電極)，使組裝成為全固態鹼性金屬-空氣燃料電池，其主要電化學特性包括放電曲線、使用壽命(cycle life)、電化學穩定性、自放電率等，結果將與傳統電池做比較分析。並進一步瞭解複合式固態高分子電解質的特性，和開發此新型複合式固態高分子電解質的製程關鍵技術，同時評估開發新高分子金屬-空氣燃料電池之可行性。本計畫擬研究新型複合式固態高分子電解質薄膜，第一年預期將完成新型複合式固態高分子電解質薄膜的製備，完成其材料結構分析與基礎電化學特性探討，並進一步研究其離子導電機構；第二年預期將完成以此新型複合式固態高分子電解質組裝成金屬-空氣燃料電池，完成電池電化學特性及電池實務運用可行性探討，並針對可能的缺點改善進一步將複合式固態高分子電解質最優化。

系統編號:PB9511-0784
原計畫編號:NSC95-2221-E182-082