國立臺灣科技大學機械工程系蔡秉均副教授研究團隊，長年深耕固態電池材料設計，提出以「計算驅動實驗」為核心的材料設計架構，整合理論計算、機器學習與材料實驗，開創由計算主導材料設計的新研究範式，推動材料科學由傳統試誤式優化邁向可預測設計。研究成果發表於能源材料領域頂尖期刊《Advanced Energy Materials》，並獲選為Back Cover (封底)與Hot Topic專題，並受邀於美國材料研究學會（MRS）發表。記者黃仁杰／台北報導

國立臺灣科技大學機械工程系副教授蔡秉均研究團隊長年深耕固態電池材料設計，提出以「計算驅動實驗」為核心的材料設計架構，整合理論計算、機器學習與材料實驗，開創由計算主導材料設計的新研究範式，推動材料科學由傳統試誤式優化邁向可預測設計。研究成果發表於能源材料領域頂尖期刊《Advanced Energy Materials》，並獲選為Back Cover (封底)與Hot Topic專題，並受邀於美國材料研究學會（MRS）發表。

[caption id="attachment_218458" align="aligncenter" width="2557"] 臺科大機械系團隊於計算驅動實驗訓練下共同完成本成果，培養具國際競爭力之新世代材料科研人才。（圖／臺科大提供）[/caption]

長期以來，鋰電池的電極裂縫被視為電池性能衰退的主要來源之一，但是否改變材料本質傳輸能力，始終缺乏明確理論解釋。該研究以「計算驅動實驗」為核心的材料設計架構，首次定量解析材料晶格本質傳輸與裂縫界面效應之耦合關係，揭示裂縫並不削弱材料本質擴散能力，而是透過界面與幾何效應主導整體傳輸行為，從根本上重新界定裂縫於電池材料中的物理角色。

此成果為高能量密度、快充與長壽命鋰電池材料設計提供關鍵物理基礎，對下一世代鋰電池與固態電池技術發展具有關鍵影響。蔡秉均表示，本研究不僅解決長期未解的關鍵科學問題，也建立可跨材料體系延展的計算驅動設計方法，將材料設計由經驗導向推進為可預測的系統性工程方法。

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蔡秉均團隊致力於建立可預測材料行為的研究架構，發展以計算驅動實驗為核心的材料設計模式，使材料開發由經驗導向，轉向物理機制與資料驅動的可預測設計。深耕固態電池材料研究多年，團隊相關成果已陸續發表於《Advanced Energy Materials》、《Chemical Engineering Journal 》與《Journal of Power Sources》等國際期刊，持續引領計算驅動材料設計研究發展，推動材料科學邁向可預測設計新典範。

研究成果由臺科大共五屆的機械系碩士生接力完成，包括曾啓恩、杜振豪、賴威誠、許兆翔、楊景森、鄭昱晟與鄧輝煌，展現團隊長期投入與協作精神。透過計算驅動實驗訓練，學生整合理論計算、材料實驗與機器學習能力，培養具備國際競爭力的新世代科研人才。

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電動車、手機使用的鋰電池不時發生起火事件，相對安全的「固態電池」研究受到極大矚目。台科大機械工程系助理教授蔡秉均，與MIT麻省理工美國工程院士Yet-Ming Chiang為首的團隊，以及密西根大學、柏克萊大學、阿貢國家實驗室、橡樹嶺國家實驗室等全球頂尖學術單位跨國合作，首次發現利用「雙槳輪」機制（Double Paddle-wheel Mechanism），可加速固態電池充放電速度。蔡秉均不但以第一作者的身份，發表此研究發現在國際能源權威期刊《先進能源材料（Advanced Energy Materials）》，還被選為當期封面報導。

記者/林育如

電動車、手機使用的鋰電池不時發生起火事件，相對安全的「固態電池」研究受到極大矚目。台科大機械工程系助理教授蔡秉均，與MIT麻省理工美國工程院士Yet-Ming Chiang為首的團隊，以及密西根大學、柏克萊大學、阿貢國家實驗室、橡樹嶺國家實驗室等全球頂尖學術單位跨國合作，首次發現利用「雙槳輪」機制（Double Paddle-wheel Mechanism），可加速固態電池充放電速度。蔡秉均不但以第一作者的身份，發表此研究發現在國際能源權威期刊《先進能源材料（Advanced Energy Materials）》，還被選為當期封面報導。

目前電動車、手機等大量電子產品，都是使用屬於「液態電池」的鋰電池，使用的電解質為液態有機物，傳導離子的速度快，但卻屬於易燃物質，安全性不斷受到質疑。相反地，固態電池使用的電解質是無機材料或聚合物，例如陶瓷，較不易燃燒，安全性高，但傳導離子的能力卻比較差。

蔡秉均與Yet-Ming Chiang為首的團隊這次的突破，正是發現透過「雙槳輪」機制，可以有效強化固態電解質的離子傳導速度，開啟了電池材料設計的更多想像。蔡秉均說明，傳統固態電池的離子傳輸法是「空位傳導機制」，可想像成離子在固體中傳輸時，原需要推開旁邊不易移動的堅固通道，因此受到極大阻力。不過，透過「雙槳輪」機制，能製造出類似旋轉門的活動性通道，讓離子快速通過，將開啟新一代高導離子材料設計。

而能讓「雙槳輪」機制發揮效果的核心，就是找到適合的材料。蔡秉均在鍥而不捨的努力下，終於找到透過「雙槳輪機制」快速傳導離子的「反鈣鈦礦結構」材料。「雙槳輪」機制打破固態電池傳導離子的既有方法，未來可應用在新材料的設計，有助固態離子導體的探索。雖然距離真的應用到市場的產品，還有很長的一段路要走，但可以期待有一天，更安全的固態電池會被應用在手機、筆電、電動車中。

值得一提的是，蔡秉均長年致力於先進電池材料開發，專注研究高電容量、高倍率、高安全性、長壽命、及低成本的電池材料，他的儲能電池技術開發，長期受到國科會計畫支持，過去研究成果也曾陸續登上《Nature Energy》、《Energy & Environmental Science》、《Joule》等國際權威期刊。

2020年蔡秉均從美國MIT歸國，加入台科大後，持續與跨國單位合作。蔡秉均表示，他會繼續探索陶瓷材料與電池領域的應用，另一方面培育學生，傳承能力與經驗，今年度蔡秉均也由台科大學生票選為教學績優教師。

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