淨零碳排、能源轉型呼聲下,氫能被視為關鍵技術。然而,氫氣仍有碳排以及高溫等挑戰需要克服,中央大學研究團隊在國科會補助下,開發出「中溫高效製氫核心材料」,透過質子傳導型固態氧化物電解,研製出較低溫下高效運作、同時兼具穩定與耐用的電極與電解質材料,搭配綠電可以製造幾乎沒有碳排且更高效的綠氫。

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氫能是國家潔淨能源選項之ㄧ,中央大學氫能研究中心主任曾重仁研究團隊在製造氫氣技術上突破,讓水電解成氫氣過程更有效率,並且不需要高溫環境。曾重仁說,現在大部分氫氣仍是天然氣製成,過程仍會有碳排,但若是使用再生能源把水電解成氫氣,就是無碳排的綠氫,未來若是風力發電、太陽能發電有產生多餘電力,即可用來產生氫氣,用在其他難減碳的工業、運輸或發電等。

▲中央大學氫能研究中心曾重仁主任研究團隊,在質子傳導型固態氧化物電解核心材料與微結構開發上取得重大技術突破,成功研製出較低溫下高效運作、同時兼具穩定與耐用的電極與電解質材料,並建立能讓反應更順暢的「多孔結構」。(圖/記者李青縈攝)
▲中央大學氫能研究中心曾重仁主任研究團隊,在質子傳導型固態氧化物電解核心材料與微結構開發上取得重大技術突破,成功研製出較低溫下高效運作、同時兼具穩定與耐用的電極與電解質材料,並建立能讓反應更順暢的「多孔結構」。(圖/記者李青縈攝)
曾重仁指出,用鋇鈰鋯釔氧化物(BCZY)製作多孔中介層,並優化煆燒條件以獲得良好的孔隙度。就像在兩個零件之間鋪了一層「會透氣、抓得更牢的海綿墊」,既讓氣體流動,又讓接觸更緊密,因此更容易產生反應、效率自然提高。

曾重仁表示,後續再碼粉末細化,並用雷射進行微細加工,讓化學反應更快、阻力更小。如此做出單電解池,在 650 °C、1.6 V的條件下能達到 5568 mA/cm² 的高電流密度,並將產出 1 m³氫氣所需的電能降至3.83 kWh/Nm³。相較傳統需高於 800 °C才有的表現,以此較低溫的方式就能做到,不僅節能、壽命也更長。

在空氣電極方面,團隊採用鐠鋇鍶鈷鐵氧化物(PBSCF)材料。在 600 °C仍具良好導電與適當孔隙,有利於氣體通行,熱脹冷縮幅度也小、較不易產生應力與裂紋。透過界面工程的調整,PBSCF 與 BCZY間的貼合度與匹配性更佳,如同接縫處「磨到最服貼」,能提升反應效率與延長電解器壽命。

此外,以多種材料分析方法驗證晶體結構、界面形貌與導電行為,確認在中溫條件下電解器仍能維持長期穩定可靠、高活性且運作效率高,為中溫 P-SOEL系統奠定關鍵材料與介面基礎,也為產氫電解器的商品化與在地化提供實質支撐。