成大鍾昇恆團隊跨域材料及土木跨域合作研發 大幅提升鋰硫電池電極性能
成大材料系助理教授鍾昇恆與(左）與論文第一作者王俞鈞同學（右）研究團隊，發現在鋰。照：國立成功大學提供
在電池裡加入絕緣材料可以讓性能變好？！國立成功大學土木系洪崇展特聘教授與材料系鍾昇恆助理教授，跨域揉合團隊碰撞共創後，運用水泥材料作為鋰硫電池正極添加物，成功有效地穩定鋰硫電池裡生成的液態多硫化物。本研究內容已發表在專業陶瓷領域期刊Ceramics International。
鋰硫電池具超高電容量及能量密度的優勢，自2009年發展後，相關研究一直備受矚目，且被視為下一代商用電池趨勢；然而由於穩定性問題尚未解決，因此至今還未能普及商業化。幾個影響鋰硫電池穩定性的主要問題包括：硫的導電性差使得輸出實際電容量偏低、硫在充放電過程會產生劇烈的體積變化從而破壞電極結構，以及電池反應時產生的液態多硫化合物容易溶解在電解液造成電容量損失與污染電解液。
為了探討鋰硫電池存在的問題，材料系助理教授鍾昇恆與研究團隊成員，也是本論文第一作者王俞鈞，去年發現在鋰硫電池中加入水泥可以提高電池性能，在土木系洪崇展特聘教授協助下，對此不斷進行更細部的研究探討與實驗。發現水泥裡的矽與氧元素可以吸附電池充放電時所產生的多硫化物的硫與鋰，因此把水泥加在鋰硫電池電極裡可以有效的抑制原來存在的硫化物流失造成電容量損失與污染電解液的問題，對電池穩定性有一定的提升。
為了貼近實際應用也降低產業長久以來對鋰硫電池商用普及存在的疑慮，團隊研究的高載量電池也特別針對電池的活性物質負載量、重量含量、電解液用量進行工程數據檢測，開發高載量硫電極具有8.64 mg cm-2高硫負載能力與60 wt%高硫含量，並於寡電解液電池系統中實現最低的電解液對硫比7–3 µL mg−1（鋰硫電池商用設計規劃：硫負載量 >5 mg cm−2 與電解液對硫比<5 μL mg−1）。該電池系統具備高電容量輸出達768 mA?h g−1與11.06 mA?h cm−2，達商用車電池所需電容量的3-6倍。此外，團隊發展的鋰硫電池能有100周次動態長循環以及在1個月靜態自放電測試中能維持90%電量。
本論文第一作者王俞鈞同學進行水泥／多硫化物電池製作示範。照：國立成功大學提供
鍾昇恆助理教授表示，讚許也感謝成大近年來積極推動並鼓勵跨域合作計畫，跟不同領域老師在各自的專業下碰撞合作，更提供了相關豐富的資源協助。也因為學校的跨域合作計畫開啟了他跟土木系洪崇展特聘教授的合作契機。鍾昇恆助理教授表示，跨域跨系的共建共創可以打破自己原有的既定思維，跳脫原本受限的框架，創造更多的可能，同時也會培養本身對資訊與資源的整合能力。
本次研究已發佈在國際性陶瓷領域期刊，研究論文連結：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S027288422204425X
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國立成功大學土木系洪崇展材料系鍾昇恆助理教授鋰硫電池陶瓷領域期刊Ceramics International。