能源轉型與淨零碳排浪潮下,氫能被視為實現碳中和的關鍵能源技術之一,國科會補助支持下,中央大學氫能研究中心主任曾重仁研究團隊,近期於質子傳導型固態氧化物電解(P-SOEL)核心材料與微結構開發上取得重大突破,研製出較低溫下高效運作與兼具穩定、耐用的電極與電解質材料,生產1立方公尺氫只耗電約3.8~3.9度,為國際相關技術領先群。
國科會表示,團隊以鋇鈰鋯釔氧化物(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。再把粉末細化,並用雷射進行微細加工,讓化學反應更快、阻力更小。
曾重仁介紹,如此做出的單電解池,在650 °C、1.6 V的條件下能達到5,568 mA/cm²的高電流密度,並將產出1m³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。
空氣電極方面,團隊採鐠鋇鍶鈷鐵氧化物(PBSCF)材料。在600 °C仍具良好導電與適當孔隙,有利氣體通行,熱脹冷縮幅度也小,較不易產生應力與裂紋。
曾重仁說,透過界面工程調整,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。且未來也可減少對稀土依賴。
他並透露,透過P-SOEL技術已製出鈕扣大小燃料電池,將邁入5平方公分研製,朝商轉努力,目前台達電也有興趣。
國科會指出,未來,團隊將持續強化材料穩定性與製程研究,並與產業界緊密合作,將實驗室技術轉化為適合量產的製程,在實際場域落地,並推動跨域整合與國際接軌,讓氫能技術加速產業應用。
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