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2021-02-18成大聯手不織布廠 研發高效又環保的固態鋅碳電池 470 期

Author 作者 整理報導|李依庭。
目前市面上常見的一次性電池是鋅碳電池,雖然俗稱為「乾」電池,但實際上混有助導電的電解液,在損毀時仍會有液體外漏,嚴格來說還是「濕」電池。再加上鋅碳電池無法重複充放電,不能滿足環保的需求。因此,成功大學與臺南不織布廠合作研發高效儲能固態碳鋅電池,讓電池的結構更穩定安全,也不會對環境造成負擔。

鋅碳電池又稱碳鋅乾電池,由鋅構成的外殼作為電池的負極,而正極主要是由粉末狀的二氧化錳和碳構成。鋅碳電池的電解質中則為含有混合氯化鋅、氯化銨、碳粉和澱粉的溶液和糊狀物質,並非真正的乾電池。

近期由成功大學材料系教授洪飛義所帶領的研究團隊,與臺南不織布大廠康那香合作,成功研發高效儲能固態鋅碳電池。這個固態鋅碳電池是由正極鋅箔、固態粉體電解質和負極碳箔等簡單結構組成,粉體電解質透過壓錠後,再包覆一層不織布來穩定結構。這是一個利用鋅離子充放電的二次固態離子電池,它能讓鋅離子自由穿梭於不織布層,使得固態鋅碳電池在高溫與低溫環境的電池效能表現優於一般濕式電池。

 

成功大學材料系教授洪飛義展示製作固態碳鋅電池所用的固態鋅片。(陳宏瑞攝影,成功大學)
 

此外,一般的鋅碳電池因為含有電解液,若以高電壓高電流充放,會有瞬間爆炸的危險。團隊開發出的固態鋅碳電池不使用電解液,而是使用綠色固態粉末當電解質,因此能以高電壓高電流充放,大幅增加充電效能,但又不會過度充電引發爆炸,使用上更安全。

洪飛義指出,固態鋅碳電池研發成功的關鍵因素,在於由康那香公司協助完成的不織布包覆技術。固態粉末電解質在壓錠後,表面需要包覆一層不織布,讓固態粉末電解質的緻密度增加、不易崩塌,且經不織布的包覆處理,能讓電極界面貼附性更佳,使固態鋅碳電池結構更穩定且效能更高。

而目前一般市面上的一次性電池使用完後要回收,以免電池內的重金屬汙染環境,造成危害。但這款固態鋅碳電池因材料中沒有需回收的重金屬,使用後可以直接當一般垃圾丟棄,不會有環境汙染及回收問題。

最後,洪飛義表示,固態鋅碳電池材料技術研發不只打破舊思維,以往電池採並聯充電串聯放電的方式,但固態鋅碳電池則採串聯充電串聯放電的方式,充電速度更快,且電池價格也只有鋰電池的1/3左右。目前正技轉運用到商業用途,期望未來可廣泛運用在電動機車、休閒滑板車或平衡車等領域。

新聞來源
成功大學,〈成大聯手不織布大廠 研發高效儲能固態鋅碳電池〉,2021年1月6日。