
涵綺是我在電池領域唯一親自指導過的學生,當初剛好以校友企業名義進駐東海大學的育成中心,完成商業司補助的「電動自行車用電池交換系統與創新服務模式」開發案,準備和化材系的楊主任洽談產學合作。
楊主任或許看到電池將是全球未來發展的重點項目,想讓學生有機會先去接觸和瞭解這個產業,因此找了4位大二的學生請我指導。因為在竹科的公司整體營運都很穩定,就答應接下企業導師的這份工作。
沒想到幾個禮拜後,其他三位學生都接連打退堂鼓,只有涵綺堅持說要留下來繼續學,直到放暑假。等開學後,她升上大三所修的研究專題,還是選擇電池這個領域,就變成仍由我來指導。
我衡量在學校會最重視的,還是要以學生的安全為優先,因此特別挑了「降龍十八掌」中比較適合初學者的「鎳氫」和「鋅空」這兩個招式,做為涵綺跨進電池門需要練功的基礎。
「鎳氫」是指鎳氫電池(Nickel Metal Hydride),在1976年荷蘭Philips Research的科學家發明鎳氫電池,希望改良鎳鎘電池的特性。經過十多年的努力,日本SONY最早在1991年開始商業化量產。
鎳氫電池採用儲氫合金為負極,以取代鎳鎘電池中的鎘金屬,正極材料則是用氫氧化鎳。由於此合金可吸收高達本身體積100倍的氫,和鎳鎘電池相比,兩者雖然都是1.2伏特電壓,但鎳氫電池的電容量約是2-3倍,並具有較低的記憶效應。
在應用的特性上,鎳氫電池因為安全和環保,也很適合大電流放電,因此早期常用於便攜式電子設備,除了手機和筆電,還有電動工具、數位相機、醫療設備、工業儀器以及電動玩具等。直到2000年代,因為成本高和電容量相對較低,才逐漸被鋰離子電池所取代。
鎳氫電池具有高能量密度、高放電功率、無污染等特性,適用於電動自行車和電動機車。尤其是油電複合動力汽車(HEV)所用的動力電池,鎳氫電池自1996年開始幾乎就是唯一的選擇,直到最近幾年Toyota 才將鋰離子電池也納入選項。
因為鎳氫電池不含具有毒性的鎘金屬,也沒有造成環境污染的疑慮,其回收再利用的效率比起目前各種的鋰離子電池都要好,又更不容易起火燃燒或爆炸,因此常被稱為是最環保的電池,我認為很適合給初學者來使用。
至於「鋅空」是指鋅空氣電池(Zinc Air),也是一種金屬燃料電池,電池的陽極採用鋅合金,陰極是與空氣中的氧反應,一般在儲存時只要保持密封,基本上不會自放電,但拆封後接觸空氣就會持續放電。鋅空氣電池內無任何有害物質,即使拋棄也不會造成環境污染。
我特別選公司所生產的鎳氫3號與4號圓柱型電池,還有助聽器用鈕扣型鋅空氣電池當做相互參照的試樣,讓涵綺自己設計實驗和操作儀器做電化學測試,並利用電子顯微鏡的照片做材料分析,最後是拆解電池實際觀察內部的結構。
電化學分析是電池研究的「九陰真經」,基本功有直流(DC)、交流(AC)和脈衝(Pulse)三招,每招又可衍生好幾式,像是極化曲線法或交流阻抗頻譜等,練功時得虛虛實實相互比對後,方能得知箇中奧義。
涵綺不畏艱難又很肯學,只要遇到不明瞭的地方都會打破砂鍋問到底,往往睡覺前我還得回覆她的郵件。隔幾天,她又會有新的問題產生,就在這樣來來回回的過招中,漸漸打好了做電池研究的基礎。
入門後經過三個學期,涵綺獨力完成了鋅空氣電池的專題研究報告,她所呈現的實驗成果和條理清晰的推論過程,讓我和其他兩位指導教授讚不絕口。除了楊系主任,連電池界大老的得意門生杜教授,都期待她可以留下來繼續攻讀碩士。
畢竟龍非池中物,東海還是留不住,涵綺考上所有參加推甄的學校,最後選擇到清大化工所。雖然在涵綺畢業後都未曾見過面,但讓我感到很欣慰的是,每年教師節都會收到她的感謝函,也算不枉有此段師生緣分。















