臺灣國際科展

將廢矽泥製成奈米矽以及進一步應用於鋰離子電池負極材料之研究

科展類別
臺灣國際科展作品
屆次
2021年
科別
環境工程
得獎情形
四等獎
學校名稱
臺北市立第一女子高級中學
指導老師
藍崇文;陳祖望
作者
陳妍姍;陳品璇
關鍵字
廢矽泥、奈米矽、鋰電池負極材料

摘要或動機

矽元素因具有極高的理論電容和鋰攝取量(Li Uptake)而被認為是有潛力的鋰電池負極材料,然而該材料的特性使其在充放電時體積巨幅脹縮,造成結構碎裂,縮短了電池壽命。 本研究設計一套低耗能、低成本的製程,以現今台灣光伏產業大量難以回收之廢矽泥及鎂金屬為原料,將矽之粒徑縮小為奈米級以解決上述體積膨脹問題而成為極佳的鋰電池負極材料。 我們先將矽合成矽化鎂,再利用二氧化碳及氮氣的氧化還原反應製成多孔矽,隨後再利用創新的化學蝕刻法產出奈米矽。目前業界奈米矽的製備仍以高功率研磨為主,本研究首度使用銅離子、過氧化氫及氫氟酸作為蝕刻液,成功製造出平均粒徑100nm之負極材料。而過程中所使用的鎂粉可回收再使用,回收率高達94%,故幾乎無成本廢料排放,大幅降低當今鋰電池的生產成本,也落實防廢、再生、節能等綠色化學原則。


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