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綠色能源催化者–燃料電池中的鉑釕觸媒

燃料電池把化學能直接轉換成電能,觸媒則在中間扮演著關鍵角色。若以「質子交換膜燃料電池」(PEMFC)為例,它的發電效率可達55%左右,大約是汽車內燃機的兩倍。
 
 
 
1839年英國人威廉‧葛洛夫(William Grove)把「電解水產生氫和氧」的過程反向操作,產生電、水與熱,因而發現了燃料電池的發電原理。爾後,科學家利用觸媒的催化作用提升反應速率,達到更大的發電效率。若以「質子交換膜燃料電池」(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)為例,它的發電效率可達55%左右,大約是汽車內燃機的兩倍。燃料電池把化學能直接轉換成電能,觸媒則在中間扮演著關鍵角色。

燃料電池的效率雖然傑出,但目前仍無法普及,製造成本過高是原因之一。以觸媒為例,市面上使用的鉑釕(Pt-Ru)觸媒,必須添加名為「Nafion」的高分子黏著劑以與碳材料接合,才能附著在燃料電池的電極上,而Nafion是美國杜邦公司的專利,價格昂貴。清華大學化學工程系萬其超教授從這個環節著手,嘗試改良現有的觸媒合成環境,使觸媒成本降低、製程簡化。

「我們利用化學還原方式,製造出膠體性質的觸媒。」清華大學化學工程系博士班學生王文琳與宏旗表示,研究團隊利用化學還原的合成環境,讓鉑釕觸媒成為一種有機的親油性膠體,如此一來,不必添加Nafion就可與碳紙接合,附著在陰陽兩極。

少了Nafion,多了許多好處,萬其超教授指出,除了成本降低之外,還可增加觸媒的反應面積,提高催化活性,同時也減少製程的步驟。研究團隊以電極動力學初步分析實驗結果,證明這種新的鉑釕觸媒,可用較少的觸媒成本,得到與原觸媒相同甚至更高的燃料電池效率。當然如何組裝成實用系統,還有待進一步的研發。

萬教授表示,燃料電池可視為一種潔淨能源的產生工具。它使用的是氧,來自空氣,可說是用之不竭。另一個是氫,雖然本身並非天然,但可從許多來源轉化而來。燃料電池乾淨而無污染,發電後的產生物是純淨的水,未來他將持續在這個領域進行研究。

深度閱讀
  1. 楊志忠、林頌恩、韋文誠(民92)燃料電池的發展現況,科學發展367,30−33。
  2. 陳陵援、林修正(民92)萬事具備,不可欠「東風」-燃料電池中的觸媒,科學發展370,24−27。
  3. 氫能利用技術:http://idic.tier.org.tw/TFCF/data/name/name_1_6_8.htm,2007/5/4。
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