本專利技術報導新穎鎳/硫儲能材料於高能量密度商用電池於本屆未來科技獎,該專利可用於第三代商用電池之研發與實用。第三代商用電池中具有最高能量密度的鋰硫電池之商業研發與使用,現受制於電極硫材料的高絕緣性、電池反應過程中液態多硫化物的生成與流失,與活性物質於充放電過程的緩慢固液態相轉化過程。電極儲能材料先天的物質缺陷進而衍生電池設計上的限制,諸如過低的活性物質載量與含量、不良的電化學利用率、快速的活性物質流失。材料缺陷與電池製作問題共同肇生鋰硫電池的研究往往難以實現應許的高能量密度以及充電電池所需的倍率性能與長循環穩定性。為求鋰硫電池的實用,此未來科技技術開創一鍍金屬鎳之硫材料作為鋰硫電池活性物質,鎳/硫儲能材料採用簡單可大批量製作的無電鍍製程,該製程於絕緣的固態硫粉體外披覆一層金屬鎳奈米粒子網絡,關鍵製程技術在於掌握無電鍍製程之化學電鍍液濃度與製程溫度後,即可完整控制材料之鍍鎳量;且鎳/硫儲能材料將可開創鋰硫電池硫電極的嶄新研究,於主流的碳/硫複合材料或是高分子/硫複合材料外,開闢出一全新的科技研究路線。於技術層面,鎳/硫儲能材料可達到:(1)運用金屬鎳的高導電性解決硫電極的高絕緣性,大幅提升電極的電化學反應性;(2)研發鎳奈米粒子對液態多硫化物的強化學吸附性,顯著的解決多硫化物於電池反應過程的快速流失;(3)藉由鎳奈米粒子的導電性與化學吸附性衍生優異的電催化活性,實現高活性物質電極的快充快放電性與長循環性。就電池電化學與工程而論,鎳/硫儲能材料優異之材料特性更被驗證在最終的電池性能展示上,實現高活性物質含量達到60-95 wt%(一般研究僅50-60 wt%或更低)與載量達到10-14 mg cm-2(一般研究1-3 mg cm-2)以及寡電解液電池設計實現最低僅7 μL mg-1 (一般研究則高於20 μL mg-1);依據此些參數所組裝之電池可以達到高電荷儲存電量達到1,362 mA∙h g-1、長循環性達到200周次,與倍率性能達到C/20-C/2。以電池性能而言,鎳/硫儲能材料所達的高活性物質載量與電化學利用性,有效的提升鋰硫電池的面積比電容量達到7–14 mA∙h cm-2,其性能優於驅動電動車所需電池之2–4 mA∙h cm-2、並具有高能量密度達到13–28 mW∙h cm-2,優於商用鋰離子電池電極之10–14 mW∙h cm-2。