電動載具及儲能系統的明日之星―磷酸錳鐵鋰材料與電池
隨著電動車市場對鋰電池能量密度需求的持續提升，高鎳鈷的NMC鋰電池已成為市場主流之一，但其高成本與安全性造致發展瓶頸。具備橄欖石結構的磷酸鐵鋰(Lithium Iron Phosphate; LFP)雖然能量密度相對較低，但其低成本、高安全性與長壽命的優勢，近年來市場占有率不斷攀升。LFP的能量密度限制促使業界尋求更具競爭力的新型正極材料，在此趨勢下，磷酸錳鐵鋰(Lithium Manganese Iron Phosphate; LMFP)近年來備受矚目。除了高安全性與耐久性外，LMFP較LFP提升約20%的能量密度，不僅增強了電池的續航表現，更有效彌補了LFP在能量密度上的不足，使LMFP成為下一代電動車與儲能系統的理想選擇。
鋰電池正極材料的技術創新對於電動車和儲能的發展相當重要。「具高能量密度的LMFP開發技術與應用現況」從全球市場綜觀指出，磷酸鋰鐵正極材料(LFP)憑藉成本低、安全性高，在現今電動車市場中占據5成的裝機量，但其能量密度偏低，仍為技術發展改善的目標。磷酸錳鐵鋰正極材料(LMFP)作為升級版本，能量密度相較於LFP在理論上可提升約20%，且在製程上仍保有LFP的低成本和高安全性的優勢。然而，LMFP的缺點在於其導電率偏低、雙電壓平台、錳溶出問題等，仍需技術的突破。為應對這些挑戰，業界也採用碳包覆、奈米化技術、補鋰技術、金屬摻雜技術、改善製程等作為應對策略。目前全球LFP指標廠商皆有投入LMFP的開發，也積極推入電動二輪車、純電動車市場中應用以及量產規劃的布局。2024年已有LMFP電池應用於多款電動二輪車與電動車的實績，且隨著技術瓶頸逐步解決，預期LMFP有快速導入市場應用的可能性。
「十年磨一劍：打造高性能LMFP材料的關鍵技術」一文聚焦於磷酸錳鐵鋰(LMFP)作為下一代鋰離子電池正極材料的技術與應用，探討其在高電壓、低成本、高安全性和長循環壽命等特性上的潛力。相較於磷酸鐵鋰(LFP)，LMFP在能量密度上提升了10~20%，並可與三元正極材料(如：NCM)混合以提升容量與安全性。然而，由於錳元素特性，LMFP材料面臨低電子和鋰離子遷移速率、雜質形成和碳含量過高等挑戰，限制了其電化學性能與實際應用。泓辰材料(HCM)深耕LMFP材料研發超過十年，透過累積的基礎研究數據和客戶回饋，成功開發具良好電化學特性、低比表面積和可製造性強的LMFP材料。同時，HCM整合智慧製造系統，實現材料的高效率生產與低成本目標，並與歐美日產學研界建立合作，提升在全球市場的競爭力。
磷酸錳鐵鋰(LMFP)材料具有比磷酸鐵鋰(LFP)更高的能量密度，並且保持了LFP的優良安全性、長循環壽命及低成本特性，可與三元正極複合提升電池性能，適合應用於電動車和儲能系統，種種優勢使LMFP電池的商用化正快速進行中。「低成本、長壽命LMFP鋰離子及鋰金屬電池」一文介紹，工研院針對LMFP材料的混漿、輾壓和模切等製程進行研究開發，實現了大規模的生產能力，研發重點包括克服混漿中的膠化問題、提高極板的壓實密度，並優化模切工藝以減少缺陷，確保產品的高穩定性和性能表現。研究團隊導入LMFP電池設計技術並結合可批量生產之工研院試驗產線，成功製備出20 Ah及40 Ah等級的LMFP鋰離子電池，能量密度達210 Wh/kg，展現出優異的電性及安全性。將LMFP極板結合超薄鋰金屬負極，開發出300 Wh/kg LMFP鋰金屬電池，具有良好循環壽命及安全性，可通過嚴苛針刺試驗。
隨著電動車和無人機等新興科技產品的迅速普及，鋰離子電池成為這些產品的核心能源，推動了能源技術與應用的革新。三元正極材料(如：鎳鈷錳氧化物(NMC))被認為是實現高能量密度的主要技術路線，但高鎳材料的應用一直伴隨著安全性和製造成本的難題，需要進一步優化與突破。針對這些問題，「LMFP/NMC複合鋰離子及鋰金屬電池」介紹磷酸錳鐵鋰(LMFP)與NMC複合正極電池技術，20 Ah混摻複合電池展現出優異的能量密度、倍率特性、壽命、低溫特性及安全性；而雙層結構之複合電池技術，可進一步提升電池的性能表現；最後介紹複合正極在鋰金屬電池的特性表現，亦能夠展現出良好的電性及安全性能。
精準反應製程革新，引領高效綠色製造新時代！
隨著科技的迅速發展，以及全球追求節能減碳、永續發展的趨勢下，化工與醫藥、特用材料產業正面臨轉型升級的挑戰。由於台灣腹地有限，加上國內環保意識的提升，傳統大型反應器的建設變得愈加困難，且傳統的高汙染、高危險反應製程更不適合在台灣生產。在此背景下，「精準反應製程」的革新將成為提升生產效率、低碳製程與環保效益的關鍵解方。藉由「微型化」與「連續式」之製程強化(Process Intensification)設計，結合線上監控與自動化控制，達到精確控制反應條件並優化製程，能有效降低能耗和廢棄物排放，同時提升產品品質和生產穩定性。這不僅為高效綠色製造開啟了全新時代，也符合當前對環保和永續發展之需求。
硝基化合物與其衍生物應用廣泛，於日常生活隨處可見。然而硝化反應劇烈放熱、製程難以控制，直至今日仍無法安全有效率地生產，使得製程碳排居高不下。「硝基化合物合成與低碳反應製程」介紹硝化反應方法與製程方式，討論個別優缺點並深入介紹微反應進行連續式硝化提高生產效率的成功案例，期許未來能透過微流道反應技術達成低碳、高效率的生產目標。目前工研院在微反應器領域已有許多成功案例，如：連續式高效萃取、氫化、有機鋰–溴交換等。利用微反應器進行製程優化已是未來趨勢，隨著低碳生產成為未來主流，微反應器在工業硝化應用前景將越來越廣泛。
「低碳環氧新世代反應製程」一文剖析，環氧樹脂合成一般使用無機鹼為反應試劑，並以環氧氯丙烷(ECH)作為反應物與溶劑，反應通常會伴隨著各種副產物生成。傳統上分為一步法及兩步法，透過添加過量ECH、控制反應溫度以避免寡聚物生成。工研院材料與化工研究所開發連續式微流道反應器技術，這種高效能的化學反應方法利用微米尺度的流道，以其高表面積體積比和良好的質傳導性質，達到更精準的反應控制和較短的反應時間，同時提升安全性和經濟性。評估連續式微流道技術在合成雙酚A型環氧樹脂方面具有效益，能夠縮短反應時間並提高產物純度。
微流道反應系統憑藉其精確的流體控制、高效的熱質傳遞及小型化等獨特優勢，在化學合成、生物醫藥和材料科學等領域得到了廣泛應用。非均相反應因其反應物相態的差異，通常具有較高的選擇性和效率。將二者結合，能進一步提升反應效率，實現精細化的反應控制。「非均相反應在微流道反應系統中的應用」深入探討非均相反應在微流道反應系統中的應用，涵蓋不同類型的非均相反應、微流道反應器的設計與優化、該技術在各領域的應用案例及未來研究方向，並介紹了工研院材化所在此領域的技術成果，旨在為相關領域的研究和實踐提供全面的參考。
生物合成芳香族化合物是綠色化學和生物技術融合的典範，不但利用可再生資源作為原物料，減少了對石化資源的依賴，並且降低了化學合成過程中的能耗和廢物產生，同時通過代謝工程與合成生物學技術結合，可以設計和構建多樣化的合成路徑，實現複雜芳香族化合物的生產，拓展其應用範圍。「微量生物反應器應用開發生物合成芳香族化合物」一文指出，微量生物反應器具備高通量篩選能力、精確條件控制及動態監測等優勢，可顯著提升實驗效率並降低成本。利用微量生物反應器，能快速優化菌株代謝工程設計，具高效率篩選，並實現對反應過程的實時監測。微量生物反應器技術在生物合成芳香族化合物的應用開發中具有卓越的潛力，該技術平台還支持多樣化的微生物和反應物應用，促進新型芳香族化合物的合成路徑開發，為工業化生產提供有價值的數據支持。
隨著化工、製藥與精緻化學產業對自動化與綠色製程的需求日增，連續式流動化學技術逐漸成為提升生產效率與產品品質的關鍵解決方案。「連續式液–液相萃取與分離研究」開發了一種創新的整合型連續萃取暨相分離反應器，透過可調式螺旋線圈結構，有效控制液–液界面壓力，突破傳統批次式製程的瓶頸，完成高效率的連續式萃取與純化。該反應器可模組化串聯或並聯，適用於多步驟化學反應與純化流程，並整合模糊控制與機器學習，實現自動化操作。這項技術可在每分鐘數十毫升的流率範圍內穩定操作，並在高黏度或極性相近的液體系統中仍保持95%以上的分離純度。此外，這項技術不受環境重力影響，更可適用於微重力或太空環境，為未來高精準、跨尺度與跨重力場的綠色製造提供了嶄新的解決策略。
主題專欄與其他
為實現全球於2050年達成淨零碳排的目標，氫能在能源轉型中扮演著愈加關鍵的角色。然而，氫氣在儲存和輸送過程中的基礎設施可能因氫脆現象而受損，導致材料的延展性和破裂韌性下降，加速疲勞裂縫的擴展，並增加運營風險。因此，研究氫脆劣化的預防措施與檢測技術具有重要意義。「氫能輸儲設施氫脆劣化防範與檢測技術」將分兩期，首先分析氫脆的機制，著重探討氫原子如何滲透金屬材料內部並改變其微觀結構；接著，探討多種應對氫脆劣化的策略，包括：提升材料本質性能、在管線內部應用塗層、使用氣體抑制劑，以及開發新型輸氫管材等；文中亦介紹了輸氫管線的相關規範、氫脆與氫致開裂的非破壞檢測技術以及管線的管線內檢測(ILI)技術，這些技術有助於及早發現管線材料的劣化或初始裂縫，降低氫氣洩漏的風險。
隨碳定價時代的來臨，不論是碳稅或碳交易，都已深度衝擊到每個國家及其產業之發展。為因應這些挑戰所帶動的多樣減緩排碳與氣候調適需求，持續的科技創新與研發，都是落實《巴黎協定》控溫目標所不可或缺的關鍵條件。而相對於對科技的需求，長期以來，強化資金的供給以支持氣候科技的創新發展，則同樣是氣候公約的核心課題；氣候公約體制下的碳定價，也正發展成為可用於挹注企業經營資金的金融工具。「如何利用碳交易來促進科技創新與研發」立足於氣候公約的科技與綠色金融雙軸架構，分上下兩期先自企業經營的視角來看待碳定價機制的效用，並探討其作為促進科技創新或研發之金融工具的可能；其次，透過檢視當前主要國際碳交易市場之實證研究，嘗試釐清碳交易(碳定價)在促進科技創新與研發上的作用；進而對於當前國際綠色金融之投入加以評介，並指出碳交易機制本身所涵括之多樣碳信用額度專案融資，在帶動科研創新與研發上的可能。至於在當前潔淨或綠色科技的創新發展路徑上，則透過當前相關的國際專利與商標布局趨勢，指出綠色資金的投入重點已傾向科技的市場應用部署，這也更能彰顯碳交易制度在促進相關研發成果落地實踐的價值。最後則就台灣應如何善用碳交易(碳定價)機制來帶動科技創新與研發提出建議，認為導入所謂的「科學、技術、創新與產業融合的多樣政策」(STI&I)模式，來完善碳定價機制，並反饋已然接近市場應用之潔淨科技創新、研發，應有其重要意義。
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