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全球積極推動淨零碳排與能源轉型，高效率且具燃料彈性的固體氧化物燃料電池(SOFC)，為未來潔淨能源轉換的重要技術之一。中央大學機械工程學系曾重仁教授研究團隊與氫能研究中心，針對質子傳導陶瓷燃料電池（PCFCs）燃料極進行結構創新，開發僅約2至3微米厚的鎳銅「陽極分解層」（ADL），將催化功能強化於燃料反應界面，並於氫氣、甲烷及氨氣等不同環境驗證成效。相關成果陸續刊登於《Sustainable Energy Technologies and Assessments》及《International Journal of Hydrogen Energy》。
PCFC具有高效率、低污染及多燃料適用等優勢，且可在較傳統SOFC低的溫度下運轉。然而不同燃料面臨不同挑戰，甲烷具高能量密度，卻容易在鎳基燃料極產生碳沉積。氨氣則為不含碳的氫能載體，但需先有效分解產生氫氣，才能進一步發電。
有別於傳統將催化材料分散於整個燃料極的設計，研究團隊將鎳銅材料集中於燃料端，形成僅約2至3微米厚的多孔薄層，讓燃料進入電池後先通過特定反應區域。使用甲烷時，此設計可促進燃料反應並降低積碳。使用氨氣時，則能強化氨分解與局部氫氣供應。下方的鎳基多孔骨架仍可維持電子傳導、氣體傳輸及電化學反應等主要功能。研究結果顯示，在攝氏600度下，採用鎳銅ADL的電池分別以氫氣及甲烷為燃料時，最高功率密度可達每平方公分1129及847毫瓦，較整體使用鎳銅複合燃料極的電池分別提升約73%及341%，並可在甲烷環境操作70小時後仍可維持穩定運轉。
研究團隊進一步將相同概念應用於直接氨氣發電，最佳鎳銅組成的陽極分解層在攝氏600度下，以氨氣為燃料時最高功率密度可達每平方公分1159毫瓦，並展現較低的電極極化阻力。長時間測試結果顯示，在攝氏600度的運轉條件下，配置ADL的電池操作70小時後仍可維持穩定運轉，顯示此界面設計除可促進氨氣分解與局部氫氣供應外，也具備良好的直接氨氣發電穩定性。
研究顯示，透過「界面工程」將催化功能配置於燃料最先接觸區域，可依不同燃料特性調控反應，同時保留主要電極的傳輸與結構功能。此設計有助質子傳導陶瓷燃料電池朝氫氣、天然氣、沼氣與氨等多元燃料應用發展，未來結合放大面積與系統整合，可望拓展低碳與零碳燃料之高效發電。
