清大研發7倍容量新電池 登頂級期刊
http://www.chinatimes.com/realtimenews/20170411004702-260412
中時
3C產品當道，如何做出體積更小、電量更高的電池，是國際間科學家最想取得
的突破。清華大學化工系教授段興宇團隊，研發全球第一個以紅磷為負極的「
海量」電池，電容量是鋰電池的7倍、耗材僅需6分之1，研究成果登上奈米科學
標竿期刊《Nano Letters》，也獲美國化學化工新聞（C&EN news）撰文報導。
段興宇團隊研發全新電池材料「摻碘的紅磷奈米粒子」，理論電容量是目前鋰
離子電池使用的負極材料石墨的7倍、但耗材僅需6分之1，不僅衝破鋰電池充電
量的天花板，更大幅延長電池續航力，為電池研究立下新里程碑。
團隊更用這個全新材料，成功做出全球第一個紅磷為負極的「全電池」，也就
是可以實際使用的電池。團隊已申請多國專利，並將嘗試應用於鈉離子電池，
可望降低大型儲能電網成本、提高可用電容量，為新一代電池革命性突破。
段興宇表示，磷是地表上最豐富的元素之一，便宜也易取得，潛力無窮；以蘋
果手機iPhone 7為例，目前作為電池負極材料的石墨耗重約6公克，若改用新材
料不到1公克，即有相同電容量，意即更小、更輕、續航力更佳。
段興宇說，目前鋰離子電池廣泛使用於3C商品，但作為負極材料的石墨電容量
已達極限，過去雖有學者嘗試以理論電容量為石墨7倍的磷替代，卻苦於磷幾乎
不導電、如同絕緣體；即使成功充放電，也容易急劇膨脹而破碎。
團隊耗時1年多，實驗數百種材料，終於利用「溶液合成法」，使用三碘化磷為
原料，室溫下5分鐘便能合成「摻碘的紅磷奈米粒子」，導電率大幅提升為100
億倍，且這種新材料經過數百次充放電後，仍維持穩定不破裂。
研究論文第一作者張維中指出，成功關鍵在於「反向思考」，以往研究嘗試合成
奈米磷化物時，多使用要在高溫下才能釋放磷的前驅物，但團隊一次偶然試用沸
點較低的前驅物三碘化磷，產生意想不到的好效果，也是全球首例。
團隊成員曾冠維笑說，實驗彷彿「在茫茫的化合物大海中，尋找最佳組合，載浮
載沉、失敗數百次」，當得知「配對」成功瞬間，感動難以言喻。