植物也能做電池？利用造紙廢料「木質素」製成隔膜 耐高溫300°C、壽命提升60%
近年行動電源爆炸事故頻傳，凸顯鋰離子電池的隱憂。傳統鋰電池對高溫敏感、長期穩定性不足，進而影響了手機、筆電到電動車的安全性與壽命。
而木質素電池技術應運而生——研究人員將造紙的廢料「木質素」轉化為電池材料，不僅能提升安全性與使用壽命，還能大幅降低對稀有礦產的依賴。
電池的守門員：隔膜為何影響安全性？
在鋰離子電池運作的邏輯是，透過帶正電的陰極與帶負電的陽極電極協助電流流動，為了防止電氣短路，兩個電極中間需要放置由聚合物製成的「隔膜」。隔膜對電池非常重要，因為其結構、厚度和穩定性，會顯著影響電池的能量、循環壽命和安全性等。
行動電源爆炸的其中一個主因，可能來自用於絕緣的隔膜較劣質或過薄，在高溫下收縮，電池的陰極與陽極兩側因此接觸，導致意外短路，最終引發火災或爆炸。
天然材料的革命，安全、壽命表現更卓越
根據密西根州立大學（Michigan State University）最新發表的研究，團隊已成功研發出以「木質素（Lignin）」製成的電池隔膜。
「木質素」是植物細胞壁中的天然聚合物，也是造紙、紡織等工業過程中產生的副產品，過去多半直接丟棄、焚燒處理。
研究團隊將廢棄的木質素，轉化為只有25微米（micrometers）厚度的堅韌薄膜，比人類頭髮的1/4還細，並採用低成本的乾式加工法，製程中無須使用有毒溶劑，不僅無任何浪費或污染，還能大量生產。
主要作者、工程學院的助理教授Chengcheng Fang表示，「木質素，特別是木質素磺酸鹽，在自然界含量豐富，且不需要進一步處理即可在電池中應用。」
實驗結果也顯示，木質素隔膜的使用壽命，比傳統聚合物隔膜多60%，在300°C高溫下也不會收縮變形，還可提升電池內部的穩定性，延長電池循環充電與使用的次數。
告別石墨？木質素開啟電池的新時代
木質素電池的發展時機，正好因應全球電動車產業的迫切需求。隨著電動車市場在全球快速成長，礦產供應鏈也面臨重重挑戰，開採石墨、鋰和鈷不僅會造成環境破壞，還涉及地緣政治風險。相較之下，樹木在各地都能生長且可自然再生，是相對穩定的原料。
不僅如此，木質素在電池中的應用除了隔膜，還可用於電極、電解質。在北歐的一間再生材料公司Stora Enso看準木質素的潛力，推出名為Lignode®的木質素碳材料產品，可以替代傳統使用石墨製作的電池陽極，降低過去因開採原料對環境造成的衝擊。
有其他研究顯示，木質素製成的陽極，可能達到比傳統材料更快的充電速度，有望解決以往消費者想購買電動車，又顧慮充電時間過長的問題。
商業化考驗！木質素電池需克服的關鍵問題
木質素電池雖有巨大潛力，但也還有一些技術問題需要解決。一是，木質素的導電性不如石墨，電動車需要體積小、能量密度高的電池，科學家仍須改良其性能，才能實際運用在電動車上。
二是，木質素電池與既有石墨供應鏈的成本競爭力仍待驗證，需要時間與資源投入才能克服技術門檻。不過若持續推進，木質素電池或許很快就能進入民眾的日常生活，為住宅、車輛提供更永續的電力選擇。
參考資料：
- Happy Eco，（2025年11月5日），Charging the Future with Wood-Based Battery Breakthroughs
- MSUTODAY，（2025年7月8日），MSU researchers develop wood-based material that improves safety and life of lithium-ion batteries
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