「冷燒結」技術突破固態電池製造瓶頸 安全高效新選擇

多年來，鋰離子電池一直是電子裝置的標準配備，但其使用的液態電解質穩定性不足，容易引發火災等安全隱患。賓州州立大學的研究團隊正致力開發更可靠的替代方案——固態電解質(SSE)，這項技術可望應用於筆電、手機和電動車等領域。

工業與製造工程系助理教授孫宏濤指出，採用固態電解質的電池是傳統鋰電池的理想替代品。他解釋，雖然結構不同，但兩者的基本運作原理相似：「可充電電池內部都有兩個電極——陽極和陰極，電解質則扮演橋樑角色，負責傳導離子。差別在於鋰電池使用液態電解質，而固態電池採用SSE。」

相較傳統鋰電池，固態電池雖具備更高安全性與穩定性，卻面臨製造與導電性等挑戰。特別是陶瓷基SSE在製程中需要高溫處理，這嚴重阻礙其實用化程序。為解決此問題，孫教授團隊採用「冷燒結」技術，成功開發出名為LATP-PILG的高導電性陶瓷-聚合物複合材料。

這項創新技術已發表於《Materials Today Energy》期刊。冷燒結過程只需將少量粉末材料置於系統中心，透過適度加熱、加壓和液態溶劑處理，即可製成緻密的SSE材料。傳統陶瓷基SSE由多晶顆粒組成，晶界會阻礙導電離子傳輸。研究團隊特別將聚離子液體凝膠(PILG)與LATP陶瓷共同燒結，形成兼具穩定性與高導電性的複合材料。

孫教授說明：「LATP基複合材料的燒結溫度極高，傳統方法會在高溫下燒毀聚合物新增劑。這就是我們必須採用冷燒結技術的原因——它能將溫度控制在150°C左右，遠低於傳統方法所需的900-1000°C。」這項技術最初由材料研究所所長Clive Randall於2016年開發，2018年首次應用於固態電池研發。

實驗結果顯示，這種陶瓷-聚合物複合SSE不僅室溫離子導電性優異，還具備0至5.5伏特的寬廣電壓視窗（傳統液態電解質僅0至4伏特）。孫教授強調：「寬電壓視窗能支援高壓陰極，使電池總體效能大幅提升。」

研究團隊認為，冷燒結技術的應用潛力不僅限於電池改良，更可能革新陶瓷複合材料的整體製造方式，特別是在半導體等精密產業。孫教授表示：「我們的下個目標是建立可持續的生產系統，實現大規模製造與材料回收，這將是技術商業化的關鍵。」

該研究由孫宏濤教授主導，共同作者包括賓州州立大學博士生王泰偉、李錫宇、張居晨，以及校友聶波。這項突破性研究為下一代能源儲存技術開闢了新道路。

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