I. 全固態電池與永續儲能材料
相較於傳統鋰電池，固態鋰金屬電池與前瞻儲能系統具有極佳的能量密度與安全性。本實驗室深入研發永續負極材料、高鎳與橄欖石正極表面改質、氧化物陶瓷固態電解質及凝膠複合電解質，並搭配臨場電鏡觀測技術，致力推動高安全性綠色儲能元件實用化。
關鍵研究主題與技術
永續負極：矽廢料回收與結構設計Sustainable Anodes: Silicon Waste Transformation & Porous Design
針對矽基負極在充放電過程中易產生劇烈體積變化的問題，本實驗室以工業廢矽為原料，結合合金化處理與多孔結構設計，為材料提供體積緩衝空間。此類結構上的轉變不僅提升廢棄物再利用之附加價值，同時有效改善矽基負極的結構穩定性與循環壽命。
永續負極：生質碳材料與鋰／鈉離子電池應用Sustainable Anodes: Biomass-Derived Hard Carbon for Li/Na-Ion Batteries
利用農業廢棄物或天然生質材料作為前驅體，透過熱燒結製程與表面改質技術改變碳材料之微結構，開發適合鋰／鈉離子嵌入行為的硬碳負極。生質碳材料取得來源廣泛且具永續性，並可透過調整結構提升離子傳輸效率，展現優異的導電性與化學穩定性。
高性能正極：橄欖石結構正極之表面工程High-Performance Cathodes: Surface Engineering of Olivine Structures
針對磷酸鹽類橄欖石結構正極材料（如 LFP）在高電壓操作下可能面臨的界面副反應與動力學限制，本實驗室發展多元表面改質與包覆設計，在正極表面建造具離子與電子傳輸能力的保護介面，有效降低電解液分解反應並抑制過渡金屬溶解。
高性能正極：高鎳 NMC 正極之多元素摻雜設計High-Performance Cathodes: Multi-Element Co-Doping in High-Nickel NMC
透過多元素摻雜技術，改變 NMC 正極材料之晶體結構與局部化學環境，穩定其在高脫鋰狀態下的結構完整性，並有助於抑制相變化與熱穩定性，使材料在維持高電容量的同時，兼具良好的循環壽命與安全性。
高性能正極：薄膜正極製程與介面機制研究High-Performance Cathodes: Thin-Film Deposition & Interface Reaction Analysis
結合物理氣相沉積（PVD）技術製備薄膜正極材料（如 NMC、LCO），透過在不同基材上精準成長具特定取向與微結構之活性物質薄膜，可實現薄膜成分、結晶性與厚度之奈米尺度變化。相較於傳統多孔粉體電極，此薄膜系統可排除導電碳與黏著劑等非本質因素的干擾，得以專注分析電極電解質間介面反應。
先進電解質：氧化物陶瓷薄膜電解質暨全固態薄膜電池Advanced Electrolytes: Oxide Ceramic Thin Films & All-Solid-State Micro Batteries
石榴石型固態電解質具備優異的鋰枝晶抵禦能力與良好的化學穩定性，為高安全性固態電池的重要材料體系。透過摻雜元素與組成配置，可進一步提升其離子導率與電化學穩定窗口。我們著重於石榴石型氧化物陶瓷(LLZO)電解質薄膜之製備，並透過介面工程改善電解質與負極、正極之接合，將負極、電解質與正極以薄膜形式整合，組成微型全固態薄膜電池。
先進電解質：聚合物複合電解質與膠態電解質Advanced Electrolytes: Polymer Composite & Gel-State Electrolytes
本研究發展介於固態與液態之間的複合電解質，結合無機陶瓷填料與聚合物基材之優勢，以提升離子導率、機械強度，並同時增強電極和電解質界面的兼容性。透過引入具鋰離子傳導能力之活性填料（如 LLZTO）或結構性強化相，可建構連續離子傳輸通道，並藉由提升電解質整體機械穩定性，以物理方式抑制鋰枝晶生長。
先進電性與微觀分析：臨場通電之電鏡觀測Advanced Characterization: In-situ Electron Microscopy Observations
固體電解質和鋰金屬之間的界面處一開始的阻抗降低可能有助於固態電池的穩定性，但對於該界面的機械性質還不清楚其機制。在界面上中間層的存在如何改變電化學反應期間的沉積原理以及中間層的存在如何影響有特定缺陷的界面處的鋰生長也都是討論的重點。目前針對全固態鋰電池的固體電解質做電性量測，研究電極/固體電解質界面的化學和物理穩定性。
