成大團隊突破海水電解產氫技術研發高度耐蝕性催化材料

【勁報記者于郁金/臺南報導】國立成功大學材料科學及工程學系講座教授丁志明團隊，成功研發出具高度耐蝕性的催化材料，並在陰離子交換膜水電解系統(AEMWE)單電池架構下，於實際海水條件完成關鍵驗證；同時，進一步展示多電池堆疊系統之設計與放大潛力，為未來商業化應用奠定基礎；相關成果已發表於國際高影響力期刊《先進功能材料(Advanced Functional Materials)》與《化學工程期刊(Chemical Engineering Journal)》，引起國際關注。

氫能被視為全球邁向淨零排放重要綠色能源之一，若能直接利用海水進行電解製氫，更可望達到取之不盡、用之不竭目標；然而，海水中所含鹽分與氯離子容易對電極與系統造成嚴重腐蝕，長期以來始終是技術發展關鍵瓶頸。

成大研究團隊指出，本研究以陰離子交換膜水電解系統(AEMWE)作為驗證平台，於實際海水條件下進行操作測試，直接驗證抗腐蝕催化材料之性能與穩定性，並完成系統層級之關鍵操作驗證，展現高度應用潛力；目前團隊亦正與產業界推動相關合作計畫，加速技術落地。

丁志明老師表示，目前氫能車已逐步邁入商業化階段，氫能船與燃料電池等關鍵技術亦持續發展，顯示氫能應用正快速拓展；氫不僅是一種潔淨能源，同時也是重要工業原料，例如可在煉鋼製程中取代焦碳作為還原劑，大幅降低二氧化碳排放。

目前全球商業產氫仍以天然氣為主要來源，其中蒸汽重整(SMR)製程雖成熟，但會產生大量二氧化碳，稱為「灰氫」；為降低碳排放，近年發展出結合碳捕捉與封存(CCS)技術「藍氫」；此外，甲烷裂解可產生固體碳而非二氧化碳，通常被歸類為「綠松石氫」，但仍面臨高能耗與成本等挑戰。

丁志明老師指出，利用太陽能等再生能源進行水電解製氫，是最具潛力綠色製氫方式，製程本身不產生碳排放，其發展與再生能源供應條件密切相關；若使用淡水，亦涉及水資源競爭問題；相較之下，海水資源豐富，但其高鹽度與氯離子環境會加速材料腐蝕，使系統穩定性大幅下降；目前雖已有氫能船相關應用，但若結合電解製氫系統，仍面臨水源處理與成本問題。

在國科會「2050淨零減碳之前瞻性科技開發與實踐規劃研究計畫」支持下，團隊開發出可在海水條件下兼具高活性與長期穩定性析氫(HER)與析氧(OER)催化材料，並整合至 AEMWE 驗證平台中，使其能於嚴苛環境下穩定運作。

在陰極析氫反應方面，團隊透過「缺陷工程」結合「碳包覆」雙重設計策略，有效提升催化活性與結構穩定性；實驗結果顯示，該催化劑在高電流密度(500 mA cm⁻²)下可穩定運作超過2000小時，且幾乎未出現明顯性能衰退，展現出優異耐久性。

在陽極析氧反應方面，團隊導入「高熵材料」設計概念，透過多元素協同效應提升催化活性並強化材料穩定性；即使在真實海水條件下，其產氧性能僅出現輕微下降，顯示出優異抗氯腐蝕能力。

整體測試結果顯示，在1 A cm⁻² 電流密度下，系統可於約1.89 V電壓穩定運作，並可長時間產氫(接近 600小時)，展現接近100%法拉第效率與良好能量轉換表現；同時，在單電池驗證成果基礎上，團隊亦已建立多電池堆疊系統之設計與操作能力，並於低電流密度條件下達到接近美國能源部2030年技術指標；預計於今年5月底完成約3 kW等級系統建置，目前相關技術亦已申請專利。

團隊表示，目前國際上雖有多個研究團隊投入海水電解技術開發，但多仍停留於材料層級，缺乏於實際電解系統中進行海水操作驗證；本研究不僅在材料設計上取得突破，更透過AEMWE平台完成真實海水條件下關鍵驗證，並延伸至系統放大能力建立，展現臺灣在氫能關鍵材料與系統整合領域研發實力，也為綠氫生產與能源轉換提供具體且可落實技術基礎。(國立成功大學提供照片)

論文連結：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202524180

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894726023910