●技術簡介：
電化學電池性能主要決定於電極材料性能，如正極活性材料的電子、離子導電性，現階段研發人員礙於複合電極動態響應的複雜性，無法清楚掌握電極材料性能，因此新電極材料的研發極需更精密量測鑑定技術以獲得電極材料之本質性質與性能。本世界首創單顆粒電極量測技術，不需傳統複合電極片中多種功能性材料並消除複雜的微結構因素，展現精準量測微米單顆粒電極材料之本質電化學性能，將成為研發新電池電極材料必備的尖端量測技術。
●技術之科學突破性：
本開發設備鋰電池單顆粒電極材料量測技術(Single-particle electrode measurements)建立在超低水氧環境(O2和H2O含量 <0.5ppm)並擁有微微安培等級電流解析能力(~10 pA)，為世界上首次展示直接對微米大小單顆電極活性材料(如NMC、NCA、LFP、LMNO、LTO、Carbon等商用正負極材料)進行物性和電化學性質之精密量測能力，本設備之精密量測技術可被視為電極材料量測鑑定上的一大突破，量測技術水平更是已站在世界頂端，進而有能力釐清電極材料許多長久以來含糊的性能問題。
本單顆粒電極量測設備具備微微安培等級(~10 pA)電流解析度及消除鋰電池複合電極之多種材料組成和複雜的微結構因素外，透過掃描式電子顯微鏡(SEM)量測微米大小單顆活性電極材料之尺寸與形貌，並搭配恆電位電流儀(Potentiostat)、電化學阻抗譜(EIS)、循環伏安法(CV)、恆電流間歇試驗(GITT)、和恆電位間歇試驗(PITT)測試，展現對微米級(~10 μm)尺寸大小電極材料之精密電化學量測能力，突破傳統複合電極量測難以量測微米級單顆粒電極材料性質。本精密單顆粒電極量測設備可精確量測微米級電極材料顆粒之工作電壓、實際可用電容量、充電狀態、倍率性能、循環壽命、電子及離子導電率等電極本質性能，以及與電解液之界面交流電流、反應物阻抗、界面化學穩定性等性質。此外，本單顆粒電極量測設備可搭配同步輻射量測設備，利用異位透射X射線顯微鏡(TXM)在充放電過程中對電極材料顆粒內部微結構進行奈米解析度成像，與單顆粒電極電化學性能互相結合，進而分析電極材料承受電化學衝擊時微結構的變化，此現像被稱為"電化學衝擊"(類似於脆性材料的熱衝擊)。
本團隊已發表論文中(Energy Environ. Sci., 2018, 11, 860–871；Nature Energy, 2020, 5, 578–586)，清楚展示本團隊所研發之單顆粒電極量測設備具備電化學及微結構精密量測鑑定能力，藉由此精密量測能力，已成功判斷出電極材料之充放電速度限制因子及老化主要因素，實質驗證單顆粒電極量測設備具備高度能力洞悉電極材料原理並加以掌握研發重點，進而引導高性能鋰離子電池材料的研發方向。
●技術之產業應用性：
鋰電池與各式電化學儲能電池的性能(電容量、電壓、充放電時間、使用壽命、成本等)主要取決於其電極活性材料的性能，改質及探索新電極材料一直為產學研人員精進電化學儲能電池性能與成本之重點研發項目，過去常依賴材料試誤式(Try and error)與半定量比較分析方式來開發新電極材料，然而開發過程耗費大量人力、時間、材料成本。為了在電極材料研發上，更清楚掌握核心問題所在，進而提出解決方案並有所突破，具備有效且精準的電極活性材料量測技術更是成為研發電極材料的一大重點。
本團隊首創鋰電池單顆粒電極材料量測技術(Single-particle electrode measurements)為世界上首次展示直接對微米級單顆商用電極活性材料(如NMC、NCA、LFP、LMNO、LTO、Carbon等正負極材料)進行物性和電化學性質之精密量測能力，單顆粒電極材料電化學量測設備中的工作電極僅由單顆活性電極材料構成，相較於傳統鋰離子電池複合電極量測方式，不需多種功能性材料並消除複雜的微結構因素。本精密單顆粒電極量測設備可精確量測單顆微米級電極材料之工作電壓、實際可用電容量、充電狀態、倍率性能、循環壽命、電子及離子導電率等電極本質性能，以及與電解液之界面交流電流、反應物阻抗、界面化學穩定性等性質。
藉由本技術精密量測能力，提供鋰電池產學研人員一個全新功能分析工具，得以精準量測電極活性材料之本質電化學性質，主要分為量測、解析、認證三大功能：(1)精確量測新電極材料本質性質，釐清電極材料原理並加以掌握研發重點；(2)解析改質手段的效益，其中元素摻雜、表面包覆、微結構調控為常見電極改質手段，透過檢測改質前後的單顆粒電極材料，清楚判別其改質技術成效；(3)最後透過第三方認證功能，與市面上鋰電池材料產品性能進行比較，使產學研人員能夠全面了解自身產品優勢或是需改進的地方。綜合以上，本團隊首創的單顆粒電極量測設備，不僅提供鋰離子電池，亦適用於多種前瞻儲能電池(如鈉電池、鋁電池、鎂電池、固態電池等)，對新電極材料的開發與改質上，具備可靠且精準的電極材料性能檢測能力，輔助化學電池產學研人員釐清電極材料原理並加以掌握研發重點，可望大幅提升研發效能。

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