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二次電池

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鋰離子電池用之固態電解質介紹

近年來行動電話、筆記型電腦等3C產品已成為人們必須之配件，且對於3C產品性能要求與日俱增，電池亦成為新世代3C產品之命脈。傳統商用鋰離子電池多使用膠態與液態電解質為主，其具充放電前後不可逆電容量高與爆炸之疑慮。2016年南韓三星公司發行之Samsung Galaxy Note 7因手機電池隔離膜過薄，且電池設計不良使電極受擠壓接觸造成短路，引發多起爆炸事件後，安全性於鋰離子電池研究中躍至首席地位，故本文將針對固態電解質取代傳統液態與膠態電解質未來發展做一介紹。

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碳酸酯類電解液成分與表面改質應用於鋰金屬負極的研究

鋰金屬負極被認為是高能量鋰離子電池最具潛力的材料之一。然而，鋰枝晶生長可能導致短路和低庫侖效率(CE)是目前鋰金屬負極技術實際應用的關鍵挑戰。目前全世界研究已經提出了各種策略來抑制鋰枝晶形成。但為了解鋰枝晶形成和抑制行為，以及如何提高其電化學表現，本文對溶劑和表面塗層對鋰金屬負極電化學行為的影響進行了廣泛的研究。具有／不具有添加劑的各種組分的碳酸酯電解液用於在鋰負極上進行鋰電鍍和剝離。並嘗試將目前鋰金屬負極研究的兩大主軸結合，測試了銅箔上的人工固態界面塗層對鋰沉積形態的影響。結合臨場光學顯微鏡觀察、電顯鏡表面型態分析，及電化學分析，以揭示個因素之潛在機制。

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電場誘導高導電度TiO_2奈米陶瓷高分子複合電解質

鋰離子電池廣泛使用在電子產品當中的電池，是重要的儲能裝置之一。固態高分子電解質薄膜改善安全性及耐用性成為下是代鋰電池發展的關鍵材料之一。雖具有諸多的優點，但在離子導電性以及與電極之間的界面相容性還是比傳統的液體電解質差，因此提升離子導電度以及改善界面相容性就成為固態高分子電解質首要發展的目標。本研究中，我們開發一新穎的無揮發性固態電解質展現高離子導電度及與電極展現良好的介面接合。此材料是利用離子液體[EMIM]^+[FSI]^-和TiO_2奈米顆粒添加到PVDF-HFP及PMMA混摻高分子薄膜中，並且浸泡離子液體。經電場極化後，橢圓的TiO_2奈米顆粒在高分子非結晶區被誘導產生有序順向排列，形成有利離子更直接傳導的機制。此外高介電TiO_2奈米顆粒可以有效的減弱離子液體的鍵結，釋放出鋰離子提供更高的電荷運輸。因此室溫下導電度達到1.16 × 10^(-3) S/cm，在TiO_2奈米顆粒添加至3%並且在80 °C下導電度可到達4.52 × 10^(-3) S/cm。此外由於PVDF/PMMA與電極的黏合性能，降低了電極電解質介面電阻有利於充放電。使用包含離子液體和TiO_2顆粒的固態高分子電解質以及磷酸鋰鐵作為陰極的鋰半電池，展現了優異且穩定的循環容量；在100圈充電和放電循環後在0.2C下仍然保持在140 mAh/g。

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鋰硫電池及石墨烯在硫電極的應用

鋰硫電池(Li-S)主要組成為硫(S)為陰極（正極），鋰金屬(Li)為陽極（負極）及含鋰離子的有機電解質所組成。鋰硫電池的充放電機制，放電時，陰極的硫(S_8)先還原生成多種可溶性的長鏈狀多硫化物S_n^(2-)(4 ≤ n ≤ 8)中間產物後，再進一步和Li^+結合沉積成不溶性的固態鋰硫化物(Li_2S_2/Li_2S)。充電時，固態鋰硫化物經由多硫化物中間產物氧化生成回到原先的硫(S_8)。陽極的鋰金屬在充放電時，則進行一般溶解及沉積的金屬氧化還原反應步驟，電池陰陽極形成可逆反應。鋰硫電池以硫為活性物質，硫是一種環境友善的元素，對環境基本上沒有污染，原料成本低廉且易於回收利用，並具有高的理論能量密度等優點，具有很大開發價值的儲能電極材料。但這種基於溶解−沉積反應機制的鋰硫電池體系中仍面臨一些無法避免的問題，主要包括金屬鋰負極顯著結構的變化易產生針狀彌散的鋰金屬、硫正極材料存在的活性物質利用率低和循環性能差等缺點，限制了鋰硫電池的發展。本文簡要闡述了鋰硫電池的問題，結合近年來關於鋰／硫電池的突破進展，利用以石墨烯為複合材料主體的相關技術來改善電池的性能。

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臨場光譜技術對鋰硫電池發展的影響

二次電池等電化學儲能元件在現今綠色能源產業中扮演重要的角色，鋰硫電池被視為下一世代的二次電池。為了設計出更好的複合性材料、電解液、添加劑以及隔離膜來改善鋰硫電池目前存在的缺陷，我們必須對鋰硫電池反應機制以及不同添加材料在電池中所扮演的角色有更深地理解。相較於一般的鑑定技術，臨場分析技術可以觀察鋰硫電池運作時內部材料或電解液即時的變化，可以更準確地研究電池材料在不同溶劑系統下的氧化還原性質或其反應中所產生的中間產物，本文將介紹在鋰硫電池研究中常見的臨場光譜技術。

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以釩基多金屬氧酸鹽作為鈉離子電池之陰極材料

鈉離子電池擁有成本低廉的優勢，可應用在大型儲能設備上，作為鋰離子電池的替代方案。本研究成功利用溶液法合成釩基多金屬氧酸鹽(vanadium-based polyoxometalate, Na_7[NiV_(13)O_(38)])，並透過X光繞射儀、傅立葉轉換紅外光譜儀、感應耦合電漿質譜法進行材料分析。以Na_7[NiV_(13)O_(38)]作為鈉離子電池陰極材料，透過電化學分析得知其在15 mA g^(-1)之充放電電流密度下，可達到125 mA h g^(-1)之可逆電容量，且在30圈循環後仍擁有80%的電容量，說明此材料為有潛力之鈉離子電池陰極材料。

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層狀石墨材料於二次鋁離子電池陰極電極之發展

二次鋁離子電池主要是以鋁金屬當作負極、石墨當作正極以及使用離子液體作為電解液。鋁離子電池具有低成本、不可燃性、高速率充放電、長圈數的壽命以及牽涉三個電子的氧化還原反應等特點。本文將介紹不同正極碳材料用於鋁離子電池之效能表現，進而利用X光電子能譜及拉曼光譜分析石墨材之陰離子插層機制，同時也將簡介不同碳材近期用於高效能鋁離子電池之發展。

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自組簡易光度計之應用（二）：天然物中花青素含量測定

本實驗結合高中物理與化學多個單元之內容，整合運用於生活情境，在生活中實踐。自組光度材料簡單、便宜且可重複使用，實驗結果顯示與昂貴的商業分光光度計沒有顯著差異。