破解電池短命魔咒 中山大學突破鋰硫電池壽命瓶頸

圖、文／01.today

國立中山大學材料與光電科學學系助理教授葉昀昇研究團隊，與國立台灣科技大學化學工程系講座教授黃炳照，成功開發一項創新的「逆向擴散」工程技術，突破次世代「鋰硫電池」壽命短、穩定性不足的難題，為高效儲能電池發展帶來新曙光，研究成果刊登於國際頂尖期刊《應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）。

國立中山大學材料與光電科學學系助理教授葉昀昇研究團隊，與國立台灣科技大學化學工程系講座教授黃炳照，成功開發一項創新的「逆向擴散」工程技術，突破次世代「鋰硫電池」壽命短、穩定性不足的難題，為高效儲能電池發展帶來新曙光，研究成果刊登於國際頂尖期刊《應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）。

葉昀昇表示，這項技術目前已在實驗室中成功驗證，未來仍需進一步放大電池規模、進行長時間測試與製程優化，才能推向市場。不過，研究已為破解鋰硫電池壽命瓶頸提供全新思路，也為未來電動車、再生能源儲存與永續能源發展，開啟更多可能。

電動車跑得更遠、手機充一次電用更久，是許多人對未來科技的期待，而這背後的關鍵，就是「更厲害的電池」，鋰硫電池因此被視為下一代電池明星，因為它的理論能量密度高達2600 Wh/kg，遠高於目前常見的鋰電池，代表未來若能成功應用，電動車可能跑得更遠、儲能設備也能存更多電，因此成為全球科技競逐的重要目標。

不過，這種「明星電池」一直有個難解的問題—「短命」。原因是鋰硫電池運作時，會產生一種叫做「多硫化鋰」的中間物質；這些物質會像迷路的小球一樣，在電池裡四處亂跑，造成活性材料流失，導致電池容量快速下降，這就是科學家口中的「穿梭效應」。

為解決這個難題，研究團隊設計出一種具有「分子導航功能」的奈米纖維中介層，並利用「逆向擴散控制」技術，讓不同反應物從不同方向慢慢靠近，就像安排兩隊人馬按照路線精準會合，成功在材料中形成均勻的「單原子鈷（Co-Nx）」催化位點。

這層新材料被放置在電池正極與隔膜之間，像是一套「智慧交通管制系統」，不但能攔住亂竄的多硫化鋰，避免它們「迷路」，還能幫助它們更有效率地完成化學反應，讓電池運作更穩定。

實驗結果顯示，這種新型「一體化奈米纖維中介層」不僅提升多硫化鋰的吸附能力，也加快電池內部的氧化還原反應與鋰離子移動速度，即使在快速充放電的情況下，仍能維持良好的循環壽命與穩定表現。與傳統只在表面塗上一層催化材料的方法相比，新技術讓催化中心分布更均勻、導電網絡更完整，同時使用更少金屬材料，兼顧效能與成本。

研究團隊成員還包括中山大學材光系西灣講座教授兼工學院院長郭紹偉、碩士陳彥璋、研究員Mohamed Gamal Mohamed、博士生黃偉銘及李婧瑜；台科大化工系學生葉宗鎰、應用科技研究所學生張家瑜。