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科技專案成果

產業卡關破解高手 電容/ 能源材料成果榜豐碩
發佈日期:2019-03-29
單位:財團法人工業技術研究院
案例年度:2018
簡介:
一手畫出臺灣電容器20多年的高階技術軌跡,另一手描出臺灣燃料電池關鍵組件的成果,蔡麗端投入材料化工逾四分之一世紀的研究職涯,力行持續、累積與突破的紀律,無愧於創新技術開發與產業推動的推手稱譽。

特色:

獎項名稱:科專貢獻獎
獲獎者:材料與化工研究所 蔡麗端 組長
資料出處:107年度經濟部技術處法人科專成果表揚成果專輯
 

蔡麗端自79年進入工業技術研究院材料與化工研究所任職至今,深根於電容材料與能源材料的研發。近28年來,參與固態電容器、超級電容器、鋰離子電池,以及燃料電池與其關鍵材料等科技專案研發,扮演創新技術開發與產業推動的重要推手。
 

翻開她的得獎履歷,幾乎以每1到2年獲獎的頻率,寫下研究職涯的一頁頁成績。從82年度的工研院材料所工作楷模,到今年度的科專貢獻獎。而這些成就的起點,可說是90年代進入工研院後,一段無心插柳柳成蔭的際遇。
 

產業升級卡關,鋁電容器覓解方
 

蔡麗端起初的工作,是分派到開發導電高分子固態電容器。當時,此種高階電容器只見於國際大廠的專利佈局,還無相關產品問世。
 

那個年代,臺灣不少仰賴人工製造或技術含量低的傳統企業,紛紛相中東南亞或中國大陸便宜的人工而跨海遷廠。面對這股外移潮流,產業往高值化轉型的意識與呼聲崛起,電容器產業亦不例外。
 

當時,工研院彭裕民副院長(時任職材料所主任)賦予蔡麗端一項任務:投入開發鋁電解電容器的關鍵電解液,以協助國內電容器業者升級到中高階產品製造。此後10年期間,蔡麗端穿梭在臺灣各大電容器公司,瞭解其技術瓶頸與困境,提供開發高階電容器的設計協助。
 

非僅如此,蔡麗端還在工研院創建「電容器技術平台」。透過這套電容器劣化的分析機制,不但協助業者找到提高生產良率的方法,也為長期的售後服務設立解決問題的管道。這種種努力換來了臺灣電容器技術的大躍升-從85℃、1000小時,大幅提升至105℃、5000小時,在國際市場站穩腳步。
 

這一段歲月,蔡麗端喻為「蹲馬步的期間」。雖然參與開發的產品,並非進入工研院的初始目標(開發高階導電高分子固態電容器),卻在執行任務過程中,與國內電容器產業建立良好的革命情感。
 

「我也因此深入學習到電容器的相關知識,日後得以在全球資通訊產業快速成長期,因應下游產品的設計需求與發展趨勢。」蔡麗端帶領團隊,設計與開發高階電容器,抓住產業脈動,也協助國內電容器廠商快速成長,共同見證另一波產業高峰。
 

高寬頻去耦合元件載具應用

▲ 高寬頻去耦合元件載具應用
 

非戰之過,固態電容器叩關遭拒
 

99年過後,蔡麗端帶領技術團隊投入「導電高分子固態電容器」的研發。這回的佈局重點擺在關鍵的材料、製程與設備,材化所同步與臺灣立隆電子、立富科技、勁元等公司合作,3年內開發出自主性固態電容器的全製程設備與產線。
 

當時,市場由日本三大電容器廠商主宰。這套自主製造系統的成果,讓立隆電子成為唯一非日系廠商、卻有能力設計生產導電高分子固態電容器的業者,技術實力震驚日本,也提升立隆電子在國際市場的能見度。
 

然而,固態電容器產品成功開發後,卻意外面臨主機板廠禁用的噩耗。原因是89年左右,電腦運算速度躍進式提升,對低阻抗電容器有大量需求。但當年,固態電容器技術還在起步中,電路設計者也無法取得固態電容器,進行電路設計。因此,能滿足設計出特性需求的低阻抗水系電容器,大量被導入主機板線路上。
 

但悲劇緊跟而來。這些低阻抗水系電容器出廠使用8~9個月後,各家電腦主機板竟然紛紛傳出電容器爆漿的事件,導致全球主機板廠決定禁用水系電容器製造商的相關產品,立隆電子正是其中一家。於是,該公司雖然開發了當時最高階的固態電容器,卻因水系電容器爆漿問題的連帶影響,完全無法敲開主機板廠的生意大門。
 

各類型高階固態電容

▲ 各類型高階固態電容(左→右:捲繞型固態電容、晶片電容、高寬頻去耦合元件)
 

主機板廠認可品質,合資新創闢新局
 

面對產業環境突如其來的阻礙,蔡麗端義無反顧,決定找出策略,破解難關。她動心起念,以成立專業製造導電高分子固態電容器的新創公司為目標,積極拜訪華碩電腦的執行長沈振來,尋求支持與投資。她也把工研院材化所做出的樣品與日系產品,都送到華碩進行檢測驗證,有信心靠品質勝出。
 

在華碩研發團隊嚴苛條件的測試下,確認了材化所的技術成果確實不遜於日系產品,這個結果讓經營高層對投資新創公司的提議產生興趣。
 

94年,工研院整合當時被動元件龍頭佳邦科技與華碩公司的資金,成立鈺邦科技。隨後,華碩正式把固態電容器導入相關產品,進而帶動了國內各大主機板廠,陸續採用鈺邦生產的固態電容器,使得該公司快速擴充產能,現為全球最大的固態電容器供應商。
 

自此,固態電容器產業穩健地臺灣成功紮根,各大電容器公司如雨後春筍般,投入固態電容器的生產,帶動投入資金超過40億元;106年貢獻固態電容器產值達70億元,今年(107)更上看達百億元,臺灣已是全球第二大固態電容器的設計生產國。
 

近年來國際被動元件朝向小型化、多功化、耐環境化及模組化的綜合趨勢,國內的被動元件廠商因分工較細,因應力顯露不足。觀察到這股落後的局勢,蔡麗端再度帶領技術團隊,投入模組化高寬頻去耦合元件的開發任務,交出有競爭力的成果-封裝面積變小,成本大幅降低。目前立隆電子已投入生產,預期能為國內帶來另一波藍海市場。
 

燃料電池關鍵材料,專利技轉值破億
 

蔡麗端的另一個產業貢獻是-協助國內燃料電池廠商開發自主關鍵組件(系統整合BOP、電堆設計)與材料(膜電極組、質子交換膜及觸媒技術)。
 

其團隊就直接甲醇燃料電池的系統設計與關鍵材料,進行全面性專利群組佈局,不遺餘力地進行產業化推動,例如,協助中興電工開發免加濕膜電極組、電堆應用於備用電力,搶攻國際市場。該團隊歷年來累計的燃料電池系統與膜電極材料的專利、技術授權、技術移轉與國際合作金額,已達1億4,600萬元。
 

展望下世代鹼性膜燃料電池的研發方面,蔡麗端也沒放緩腳步,目前已成功開發非鉑觸膜、陰離子交換膜材料。她預期一旦量產,有機會把燃料電池的現行成本削減一半,同時還可應用於高效率鹼性膜電解產氫技術,以及電透析水處理等技術,商業潛力無窮。
 

鹼性膜燃料電池之膜電極組

▲ 鹼性膜燃料電池之膜電極組
 

團隊合影

▲ 團隊合影
 

【專家推薦】
 

1.帶領技術團隊長期致力於電容器材料及能源材料的研發,掌握突破性導電高分子材料技術,完整布局專利,成功推動臺灣進入高階的固態電容產業,並獲得國家發明獎、國家產業創新獎等多項研發傑出獎項表揚,產品技術上與日本相關電容器大廠並駕齊驅,遙遙領先韓國及中國大陸。同時全力投入推動技術產業化,促使企業投資成立多家新創公司,投入未來新產業領域,建構臺灣相關產業自主供應鏈。
 

2.在燃料電池研發方面,帶領技術團隊針對直接甲醇燃料電池系統設計與關鍵材料進行全面性專利群組布局;同時在下世代鹼性膜燃料電池研發上,成功開發非鉑觸膜及陰離子交換膜材料,未來將有機會將燃料電池量產成本降低一半,並可應用於高效率鹼性膜電解產氫技術及電透析水處理技術上,深具商業化潛力。


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