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在淨零碳排與能源轉型趨勢下,氫能被視為未來關鍵潔淨能源之一。但現行氫氣製造多仰賴化石燃料,仍伴隨碳排放,且以電解水產氫的方式普遍存在能耗高、效率受限等挑戰。國立中央大學氫能研究中心研究團隊在國科會補助支持下,成功開發中溫高效製氫核心材料,透過材料與製程的系統性改良,提升電解水產氫效率,並有效降低所需能耗,為綠氫製造技術帶來重要突破。
中央大學氫能研究中心主任曾重仁指出,研發聚焦於質子傳導型固態氧化物電解(P-SOEL)技術。雖名為電解電池,其實是一種利用電能分解水以產生氫氣的電化學裝置,核心結構包含電解質、陽極與陰極。研究團隊長期投入相關研究,發現電極與電解質之間的介面往往是影響整體效能的關鍵瓶頸,本次突破主要來自於介面材料與微結構的優化。
團隊以鋇鈰鋯釔氧化物(BCZY)作為多孔中介層材料,並透過煆燒條件與製程控制,打造兼具良好孔隙度與接觸性的結構,使氣體傳輸更順暢、界面阻抗顯著降低。進一步搭配粉末細化與雷射微細加工技術,有效縮短反應路徑、降低傳輸阻力,整體電化學反應效率隨之提升。
在空氣電極方面,研究團隊採用鐠鋇鍶鈷鐵氧化物(PBSCF)材料,即使在約600°C的中溫條件下,仍能維持良好導電性與穩定孔隙結構,並降低熱膨脹差異所造成的應力風險。透過介面工程的調整,PBSCF與BCZY之間的匹配性更為理想,有助於提升電解效率並延長電解器使用壽命。
根據實驗結果,團隊所研製的單電解池在650°C、1.3伏特條件下,生產每立方公尺氫氣所需電能約為3.83 kWh,較目前市售傳統低溫電解水系統約4.5至5 kWh的水準,節省近兩成能耗。相較過往需在800°C以上運作的高溫系統,此中溫技術不僅更節能,也有助於提升設備耐用性與長期穩定性。
曾重仁主任表示,團隊多年來累積燃料電池與電解技術的研發經驗,結合多項計畫資源與跨領域合作,逐步克服材料、介面與製程上的限制。目前技術仍處於實驗室研發階段,後續將持續朝向單電池放大、堆疊與系統化方向推進,為未來產氫電解器的商品化與在地化奠定基礎。中溫固態氧化物電解技術在效率、能耗與材料穩定性上皆具潛力,為以再生能源電力製造低碳甚至零碳排放的綠氫提供關鍵技術,也為臺灣邁向能源轉型與淨零目標注入重要研發動能。