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參加2015新加坡材料年會出國報告書

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Academic year: 2021

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國立成功大學

邁向頂尖大學計畫出國案報告書

報告名稱:2015 新加坡材料年會-儲能材料所帶來的新視界

出國期間:2015/06/30~2015/07/03

經費來源:邁向頂尖大學計畫經費

單位:國立成功大學材料科學及工程研究所

職稱:碩士生

姓名:林凡為

中華民國 104 年 07 月 15 日

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2015 新加坡材料年會-儲能材料所帶來的新視界

儲能材料例如電池和超級電容器現在被廣泛應用於許多領域,例如行動電子裝置、電動車,甚 至應用於較大型的智慧型電網。現今的研究主要專注在提升鋰離子電池的能量密度和安全性;此 外鈉離子電池的開發也是頗具潛力;除了電池的開發,最新奈米尺度下電池量測分析方法也在此 材料年會發表。研究鋰離子電池電解液已達一年以上,藉由參加國際研討會,一方面可以和國外 學者討論交流,提升研究的水準並了解現今的趨勢,令一方面,深刻體會到國際上強大的競爭力,

深感自己的不足,2015 新加坡材料年會-儲能材料帶給我不論是在研究上或是心態上新視界。

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ICMAT2015 & IUMRS-ICA2015-Advanced in Storage System in Singapore

-Expand Research and Horizons

The electrochemical energy storage systems such as batteries and super capacitors are widely applied in many fields. For example, mobile electronic devices, electric vehicles and even in large storage system in smart grid. Current research on lithium-ion batteries for increasing the energy density and enhancing safety; the development of Sodium-ion battery is promising; in addition to the development of batteries, the state-of-the-art probing method is used in the Nano-scale measurement. I have worked on the electrolytes in lithium-ion battery for more than a year. Through attending the international

conference, on the one hand, the discussions with foreign scholars can enhance my study and understand the current trends; on the other hand, I am deeply impressive with the strong competitiveness of all.

「ICMAT2015 & IUMRS-ICA2015 -Advanced in Storage System」brings me not only the progress of my research but also the expansion my horizons.

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目次

1.內文 ... 5

I.目的 ... 5

II.過程 ... 5

III.心得 ... 7

IV.建議事項 ... 7

2.附錄 ... 8

i.研討會介紹-手冊以及名牌 ... 8

ii.會場狀況 ... 8

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1.內文

I.

目的

在成大材料所碩士班的第二年,鋰離子電池的研究也超過了一年,參加了系上多位老 師舉辦的鋰離子電池會議,對於鋰離子電池也有了較深入的了解,也因為此會議,得知 在 新 加 坡 舉 辦 的 2015 國 際 先 進 科 技 材 料年 會 , 會 議 英 文 名 稱為 , ICMAT2015 &

IUMRS-ICA2015,此會議兩年舉辦一次,包含眾多不同的領域,其中一項有關儲能材料 的領域相當的吸引我,因為我的研究是以鋰離子電池為主,若能藉由這次機會參加會議,

整理目前的研究成果,在國際的會議上發表,並和來自各國的學者討論交流,一定能大 大提升自己研究的水平。

II. 過程

會議一共有六天,因為學校課程尚未結束的因素,我於 6/30 下午抵達新加坡,而我的 報告於 7/2 中午的 12 點 15 分開始。第二天一早便到了會議的場地 (Suntec Convention Cntre) 報到並開始聆聽演講,而我所參加的領域為「Advanced in Energy Storage System:

Lithium Batteries, Super capacitors and Beyond」,此會議包括三大類-Invited speaking, oral section, poster section,會議從早上 10 點半開始,來自各國的研究學者會有一系列的 Invited speaking,其中再穿插著來自投稿的 oral presentation,每場演講從 15 分鐘到 30 分鐘,poster section 通常舉辦再下午四點以後。

我所參的儲能系統領域主要都在兩間會議室(Room329 和 330)進行,看著大會提供的手 冊或是使用大會的 APP 都可以找到所有自己有興趣的主題,並前往聆聽;7/1 和 7/2 的早 上場和下午場的演講都是有關儲能系統相關的演講,其內容包含鋰電池、鈉電池、電解 液、電解液添加劑、或是利用最新方法探測奈米尺度下分析的研究成果,因為本身的研 究是以模擬理論方法為主,從許多演講中學習到實驗者觀察的思維,有助於之後研究上 的思考。

其中來自 University of Montreal 的 Dominic ROCHEFORT 教授演講主題,Redox Shuttles for Lithium-ion Batteries Using and Electroactive Ionic Liquid Based on 2,5-di-tert-butyl-1,4-dimethoxybenzene,因為有較高的離子導電性、高熱安定性、和無揮發 性的優點,近年來,以離子液 (Ionic liquid) 做為鋰電池新的離子導電體逐漸受到人們重 視 , Dominic 教 授 團 隊 專 注 於 開 發 不 同 功 能 性 的 離 子 液 , 此 團 隊 開 發 的 2,5-di-tert-butyl-1,4-dimethoxybenzene (DDB-EMIm-TFSI) 可 和 碳 酸 基 電 解 液 (Ethylene carbonate: Diethylene carbonate) 互溶,溶劑的濃度控制的選擇為 0.3M、0.7M 和 1M,電 化學測試在 C/10 下,在全部濃度下都有過充保護的效果,另外 0.7 M 的 DDB-EMIm-TFSI

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在 100%過充的情況仍可達循環圈數 200 圈。

來自 Tokyo University of Science 的 Shinichi KOMABA 教授演講主題,Higher Capacity Hard-Carbons for Na-ion Battery,鋰離子電池的技術成熟已廣泛被使用於電子產品或電動 車上,除了鋰以外的金屬電池材料之中,近年來以鈉金屬最受到重視,因為鈉金屬的含 量非常高,因此價格上會較鋰金屬便宜,對於儲能系統的發展是非常有潛力的,但因為 鈉 離子 本身 離子 半徑 較 鋰金 屬 大的 關 係, 傳統 石墨和電解 液的 使用 都需做 調 整 , KOMABA 教授的研究主要是以 Hard-carbons 為負極,Hard-carbon 在鋰離子電池應用上 已商業化,再選擇數種電解液、電解液添加劑和黏著劑做為溶劑,研究結果發現適當的 溶劑可以提升反應的可逆性,進一步的影響庫倫效率和提升鈉離子的嵌入嵌出。利用蔗 糖製做 Hard-carbons 更有助於提升電池的電容量。

在電解液的研究上,來自日本 University of Tokyo 的 Yuki YAMADA 教授的演講,

Concentrated Electrolytes for Advanced Lithium-Ion Batteries,他們的研究團隊主要開發了 以 ethylene carbonate (EC) 為基底的電解液,為了提升電解液和石墨的反應可逆性,

salt-superconcentrating 方法有效的被應用於開發新的優良電解液,此方法可以突破電池表 現的極限,concentrated electrolytes 有很高的還原穩定性,鋰離子嵌入嵌出的速度在 concentrated electrolyte 中也較為 EC 為基底的電解液為快速,使用第一原理動力學模擬輔 助實驗的觀察與分析,是一相當完整的演講。

在奈米尺度上的研究,一位來自 University of California San Diego 的 Shirley MENG 教 授,主題是 Nanoscale Imaging of Lithium and Sodium Intercalation Compounds,使用掃描 式電子顯微鏡和電子能量損失儀 (STEM/EELS) 觀察奈米尺度下的影像以及表面的化學 分析,Coherent X-ray diffractive imaging (CXDI) 可以觀察到 20 nm 尺度下的可辨識的電 子密度和應變(strain),從拉伸或壓縮應變的變化可以發現幾項有趣的變化,例如應變會在 電池充放電時增殖,藉由量化應變的變化量,可發現應變的變化和循環初期有關,但應 變的變化和長期圈數無關。藉由 CXDI 分析搭配電化學和電子影像分析,可以達到奈米 級尺度下電池運作時的分析。

在休息時間時,和同行的國立台南大學老師還有同學一起討論演講的內容,有時候更 會和國外的學者們交換資訊。每間會議室外都有準備茶水、桌椅還有筆記型電腦數台,

完善的硬體準備讓與會者都能感受到國際先進材料年會的用心。早上的會議結束後,前 往大會提供的自助式午餐地點用餐,跟著隨行的國立台南大學老師和其他學者老師共進 午餐,討論交流。

我的報告於 7/2 的中午 12 點 15 分開始,雖然在會前已經練習過很多次,內容也和老師 一再的討論和修改,但畢竟是用英文演講,緊張的情緒一直在我心中揮之不去,在上台

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時,會議主持人友善的介紹,讓我的緊張情緒減緩不少,隨著演講的開始,看著熟悉的 內容,我逐漸進入狀況,有條有理的將一頁一頁的投影片呈現給台下觀眾,可能因為已 經待在新加坡三天,且都是以英文溝通為主,這次的英文演講是我發揮的最完整的一次,

而不是呆板的念稿,演講後的問答時間更是不能鬆懈,因為在會議前已經有想好一些相 關問題的答辯,所以在問答的部分也沒有造成問題。

在最後一天會議結束後,儲能系統主題的主席,新加坡大學的教授 Palani Balaya 邀請 南大的教授和我們參觀他們的實驗室並做交流,Palani Balaya 教授在儲能領域是非常著名 的教授,實驗室的設備飛常的完善,從製做電池正負極的材料到整個 coin cell 電池的完 成,甚至是半電池或全電池的性質測試,都可以在實驗室內完成,另外,進出口的掌控、

實驗室清潔和儀器的維護都是非常嚴格的,交流討論彼此的實驗流程,是一非常寶貴的 經驗。

III. 心得

此次會議是個非常特別的體驗,第一次到國外和來自世界各地的學者交流討論,在學 術、語言、或是文化上都獲得相當大的進步和收穫,對於自己的態度和想法也有相當大 的衝擊。

在鋰離子電池的領域的研究也以一年多了,藉由這次參加的儲能相關的主題,一方面 了解了現在國際上的趨勢,令一方面也了解到國際上強的競爭力,從 Invited speaker 的演 講中,在短短 30 分鐘內呈現了自己在國際知名期刊上的研究,內容完整且充實,令我感 非常佩服,也讓我深深體會自己的不足。因為講者來自世界各地,例如日本、新加坡或 是歐洲等等,在語言上需要適應不同的腔調,這也是難得可貴的經驗。

在眾多演講之中,其中以來自日本的 Yuki YAMADA 教授,因為在查詢鋰電池相關文 獻時常常會看到 YAMADA 教授的文章,早已聞其名,Yuki YAMADA 教授非常的年輕,

從他的演講可以發現,研究團隊對於每一項變因的研究都鉅細靡遺,呈現的內容非常完 整,包括正負極以及電解液的探討,有實驗的結果,並用理論計算證實,是非常有價值 得研究,也是值得令我學習的;重要的是,從這 30 分鐘的演講中,我深深感受到講者對 研究的熱情和嚴謹,並學習到,研究是永遠無止境的,但要能在有限的時間內進自己最 大的力量來達成,從這趟旅程中學習到最重要的就是,自己身邊的資源並不會輸給國外 的資源,所以自己的努力是非常重要的。

IV. 建議事項

I.

演講時間的掌握可以再更好

II.

整體時間可以往前移動一小時會較不匆促

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2.附錄(參加研討會相關之照片)

i.研討會介紹手冊以及名牌

ii.會場狀況

報到櫃台以及會議室

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演講狀況以及用餐情形

我的演講狀況以及和大型 LED 牆合照

參考文獻

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