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「鋰鐵磷氧化物」燒結技術的突破——2009年台北國際發明暨技術交易展「銀牌獎」

2009/11/05 經濟部能源局 點閱人次: 344

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▓撰文╱圖片提供:吳信達

2009年台北國際發明暨技術交易展,榮獲銀牌獎的為「鋰鐵磷氧化物」燒結技術的突破,該項技術主要是針對鋰鐵磷氧化物燒結技術的突破,為了響應政府的能源政策,以及全球性之能源與環境議題,研究團隊以新能源材料開發包含燃料電池元件研究、鋰離子正極材料開發、氫氣瓶開發、太陽能光系列膜組,並導入能源科學教育之課程,目前正在大學及社區大學開立相關課程,例如:先進能源專題、燃料電池、科學教育與生活等課程,及高中、國中之推廣能源科學教育營隊。

創新技術

該發明之創新特點在於提供一新材料合成技術,除了對該發明之材料特性上,也能針對此材料以外,且具有高氧化的粉體之製作改良,綜合創新技術重點說明如下:

一、利用機械理論之熱流現象特性,將反應燒結物之內外部空間形成壓差,使得在燒結反應時內部氣體之膨脹,導致氣體有固定之流動方向,因而保護反應物本體。

二、在燒結法當中,利用外金屬氧化特性及金屬熱漲原理,使得外部有一保護層,能增加粉體之不氧化保護,尤其針對含鐵之粉體,如圖1所示。

三、不需要大量的保護氣體成本。

四、此系列之粉體成品,可由「新粉體備製比較圖」說明,未使用保護氣體之燒結及該發明之創作比較。

五、可減少傳統氧化鋁坩堝在降溫時,因保護氣體之溫度與堝體本身形成溫度不均,而導致氧化鋁坩堝破裂。

另外,非氧化的鐵金屬或非鐵金屬坩堝,具有能方便製作多種不同形態,以有效控制坩堝及其蓋體的密合性,而利於大量生產時提升整批燒結材料的預定顆粒平均大小之效果。

非氧化的鐵金屬或非鐵金屬坩堝在急遽降溫的條件下亦不會產生龜裂現象,因此能利於以強制性降溫方式大幅縮短習式所需退火時間,而進一步減少製程工時與保護氣體使用量等成本,綜合技術的成效說明如下:

一、排除國際間之磷酸鐵鋰合成方法之專利保護。

二、不必依賴國際專利之製作授權費用。

三、保障國內生產鋰電池及鋰電池材料之效益。

四、能降低材料成本及整體設備費用。

五、提供傳統產業轉型合成此材料技術。

六、幫助傳統製造工業設備發展改良,包含:爐體業、坩堝業、金屬加工業、研磨業等。

產品相關應用與未來發展

此發明的潛在市場商機為:因為磷酸鋰鐵電池為新產品,目前尚未大量商業化,各市場的滲透率很低或零滲透,因此在計算潛在市場商機時,均假設各市場產品電池未來100%被磷酸鋰鐵電池取代,求算最大可能之商機。油電混合車(Hybrid Electric Vehicle, HEV)市場因環保意識抬頭影響,油電混合車備受市場注意,未來市場成長潛力佳。

2006年全球油電混合車銷售約40萬輛,2010年更將成長至210萬輛,預估2015年將達600萬輛以上。目前油電混合車均以鎳氫電池為主,未來將有三分之二會採用鋰離子電池,完全無爆炸且大電流的磷酸鋰鐵將成為明日之星。

在磷酸鋰鐵材料應用於電池上還有許多產品,例如:手提電腦及3C產業之電池市場、電動自行車(Ebike)市場、電動代步車及電動輪椅車市場、有線及無線通訊電台備用電力儲能設備、不斷電系統UPS、遙控電動飛機、車、船之電力系統、機器人(Robot)、無人飛行載具(UAV)之電力系統等。(作者為國立交通大學機械工程學系博士候選人)


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