為了解決全球暖化對於地球帶來的傷害，太陽能板產業蓬勃發展滿足再生能源需求，在製造太陽能板的過程中，切削矽晶圓片薄片過程產生大量廢棄的矽顆粒，這些廢棄矽顆粒隨著研磨漿液流失，為達到生產的過程中達到零廢棄物的循環經濟目標，清大材料杜正恭團隊利用農業廢棄稻稈與廢棄矽顆粒進行複合材料開發，成功回收農業與工業廢棄物並利用在鋰離子電池領域，透過材料設計與製程開發，研發出3D奈米纖維網狀結構包覆之矽粉末複合材料，在矽碳複合電極之電化學性能測試上，100次循環後維持90%以上的電容量，也為循環再生材料開發寫下嶄新的一頁。

　　近年來，人類排放大量二氧化碳使得全球暖化愈趨嚴重，再生能源成為各國推動的項目，太陽能發電和風力發電產業需求大幅攀升，此外，各國也全力發展電動車產業，並提出禁售燃油車時程。為了滿足再生能源不穩定發電現象及電動車需求，儲能裝置成為重要的研發項目。

　　現今，鋰離子電池被視為重要的儲能系統，主因來自鋰離子電池擁有高能量密度及長循環壽命等性能，隨著電池材料的演進與發展，在正極材料，三元（鎳、鈷、錳）層狀材料漸漸取代磷酸鋰鐵；在負極則採用矽碳複合材料，矽擁有較高的電容量（4200mAh/g），因此在負極中添加少量矽基材料，便可提升能量密度，藉由這些新材料的開發，鋰離子電池能做的輕薄短小，並展現更好的續航力。

　　在太陽能模組切削中，超過50%的矽形成廢料隨著研磨漿料流失，這些漿料缺乏經濟價值而成為工業廢棄物，對於地球的環境造成汙染。因溫室效應加劇，循環經濟的概念被提出，如何達到減量或零廢棄物成為重要的課題。杜正恭教授近年致力於開發材料高值化技術，將廢料矽透過酸洗製程處理進行純化，並成功回收廢料矽利用於鋰離子電池負極材料，但由於矽負極材料在充放電過程中，會有明顯的體積膨脹現象，矽材料因此從集流板上脫落，導致電池電容量衰退，使壽命不盡理想，因此需要進一步進行研發，達到更優異的穩定性。

　　為了解決此充放電時遇到的問題，杜正恭教授團隊成功回收廢棄稻稈並做成奈米纖維，利用四甲基哌啶氧化物（TEMPO）作為氧化劑，合成出表面帶有羧酸官能基的纖維，透過超聲波震盪技術，將纖維成功做成纖維溶液（圖一）。

圖一：廢料矽、廢棄稻稈、纖維溶液

　　使用冷凍乾燥技術，做出矽與纖維所編織的3D網狀結構，奈米纖維3D網狀結構可以抓住廢料矽，並與黏結劑-聚丙烯酸產生氫鍵，在充放電後，儘管矽會膨脹，但奈米纖維可以利用網狀結構的物理方式及氫鍵的化學方式保護材料避免脫落，有效提升電化學穩定性，在添加5wt%的改質矽及石墨複合材料的性能測試中，在0.2A/g的充放電速度下可以達到超過500mAh/g的電容量，相較於純石墨（理論電容量=372mAh/g）提升35%的電容量，在循環壽命表現上，100圈後能保有超過90%的優異維持率（圖二）。

圖二：奈米纖維3D網狀結構

　　杜正恭教授團隊創新研發，藉由農業廢棄稻稈，成功修飾工業廢棄矽，達到鋰離子電池性能最優化，近年也開發大氣電漿、利用元素參雜、石墨烯複合及氣相表面碳披覆等相關技術，都成功使廢料矽的性能進一步提升，解決切削太陽能板廢料矽壽命差的問題。杜正恭教授深耕材料高值化技術，持續為循環經濟注入新的創新想法，解決農、工業廢棄物應用於鋰離子電池領域，以創造更好的未來。