國科會表示,在國科會補助支持下,國立中央大學氫能研究中心曾重仁主任研究團隊,近期於質子傳導型固態氧化物電解(Proton-Conducting Solid Oxide Electrolysis, P-SOEL)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」,顯著提升單電解器效能,降低製氫所需電力。

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。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。(圖文:國科會)