臺科大淨零科技研發再突破 全固態電池、氣體分離膜技術獲獎

(中央社訊息服務20261012 10:23:32)國立臺灣科技大學研究團隊持續投入淨零永續科技研發，在2026 Net Zero Tech淨零排放科技國際競賽中，化工系講座教授黃炳照、助理教授黃貞睿率隊以「Sprout Solid-State Power Research for Ultra-safe Technology」獲能源組亞軍；應用科技研究所榮譽講座鍾台生則以「Enhanced Earth sustainability by CO2 capture from flue gas & hydrogen production」獲永續組亞軍，兩隊各獲60萬元獎金。

黃炳照、黃貞睿團隊鎖定下一代電池的「高能量密度」與「高安全性」兩大課題，開發全固態鋰離子電池。團隊導入乾式電極製程，省去傳統製程中的混漿、塗佈、乾燥及溶劑回收等工序，直接將材料混合後滾壓成型，減少有機溶劑使用，降低能耗與製程成本。同時採用矽負極薄膜技術，利用全固態電池不依賴液態電解質的特性，改善矽材料充放電時反覆膨脹、收縮造成的破裂與接觸不良，提升高容量材料的穩定性。

在安全性方面，團隊將充至100%電量的全固態電池進行穿刺、裁切測試，並以業界等級加速量熱儀及紅外線熱像儀監測。結果顯示，相較傳統液態鋰電池遭穿刺後溫度快速升高，甚至出現冒煙起火情形；全固態電池則幾乎沒有明顯升溫，通電中的全固態軟包電池即使遭剪破，連接的LED燈泡仍能持續發亮，電池也未出現明顯異常。這一連串「不怕刺、不怕剪」的實測結果，證實全固態電池確實能從根本上大幅降低電池機械損傷下的起火與熱失控風險，擁有極高安全穩定性，未來可在穿戴裝置、無人機、醫療設備、國防與工業備用電源等高安全需求產業，提供最直接的技術保障。

鍾台生團隊聚焦二氧化碳捕捉與氫氣純化，開發高性能氣體分離膜，利用不同氣體分子的特性，讓目標氣體通過、阻擋其他氣體，以提高分離效率。在二氧化碳捕捉方面，團隊在Pebax薄膜中加入重量百分比1%的sulfocalix[6]arene，可使二氧化碳滲透率提升45%；若利用胺基封端聚二甲基矽氧烷進行改質，則可將二氧化碳滲透率由12.01 Barrer最高提升至260.51 Barrer，且未大幅降低CO2/N2選擇性。H2/CO2分離方面，團隊在耐高溫的PBI膜中加入超分子空腔材料SBECD，使氫氣滲透率由約4.84提升至13.56 Barrer，H₂/CO₂選擇性也由約9.15提升至20.23；若利用蒸氣相交聯技術改質Matrimid膜，則可將H₂/CO₂選擇性由約2.83大幅提升至69.99，並在300小時乾濕循環混合氣體測試中維持穩定的分離性能。

除了新穎高性能膜材料的開發，團隊也進一步將這些材料轉化為具生產潛力的中空纖維膜，從纖維成形、膜層結構、機械強度、多層塗布、界面相容性及長期操作穩定性等面向，建立相應的膜材加工與改質製程，讓高性能材料逐步轉化為具實際應用潛力的膜元件。從材料研發、膜製作到長時間測試，團隊逐步建立完整技術鏈，讓成果應用於二氧化碳捕捉、氫氣純化及其他氣體分離等場域，為降低工業碳排放與潔淨能源發展提供新的技術方案。

化工系教授張家耀團隊則以「Black Mass Twin: Direct Regeneration of Spent Li-Ion Battery Black Mass into Dual-Energy Catalysts」技術，榮獲永續組「大華銀投信永續科技獎」。團隊突破廢鋰電池先拆解、破碎成黑粉，再提煉金屬的傳統回收方式，透過「超音波空化－氧化再生」技術，利用低溫表面淨化、超音波處理與氧化活化，再搭配XRF快速分析及功能補償，保留黑粉原有的電化學功能，將來源複雜的廢鋰電池黑粉轉化為能源材料，減少傳統回收過程所需的高溫與化學處理。

張家耀指出，不同類型的黑粉具有不同的電化學特性，其中富含鎳錳鈷氧化物的黑粉適合用於電解水產氫，富含磷酸鐵鋰的黑粉則具有較佳的氧還原能力，可應用於鋰空氣電池，讓同一批的廢棄電池材料有機會從「回收金屬」升級為「雙能源功能材料」。為提升實際應用性，團隊開發石墨微孔電極，將再生黑粉固定在導電結構中，改善電子、電解液及氣體傳輸。技術目前已完成原型驗證，將再生黑粉電極導入鹼性電解水系統，四單元模組產氫量約達150 mL/min，並完成鋰空氣電池及穿戴式生理感測裝置整合，後續將朝製程標準化、長期穩定性、模組放大及產業合作方向穩步發展。

此外，應用科技研究所王復民特聘教授的「Bye bye CO2...Welcome Clean Energy!」及機械系陳羽薰副教授「Design and Experimental Validation of a Scaled Prototype for a Wave Energy Conversion System with an Open Resonant Caisson」技術也分別獲得永續組及能源組佳作。