首頁 > 應用核殼技術於固態氧化物燃料電池的先驅
:::
應用核殼技術於固態氧化物燃料電池的先驅
 
 

張宏宜教授設計的聚焦式微波處理系統是其核殼技術應用的利器
▲張宏宜教授設計的聚焦式微波處理系統是其核殼技術應用的利器

核殼(core-shell)結構的物體常見於日常生活中,像蛋黃酥內的蛋黃和外層酥皮、好吃的粉圓,甚至地球的地核∕地殼等自然現象都是。如今科學界也有學者把核殼概念運用在高科技系統中,像臺灣海洋大學輪機工程學系張宏宜教授和其帶領的微波與能源材料團隊,就把它應用在螢光、壓電、燃料電池等先進材料中,成果廣用於照明、安全與顯像、能源轉換與發電等。而他們的團隊更是全球把核殼技術應用於固態氧化物燃料電池的領先者,讓未來新世代能源系統備受期待。

 

核殼技術的應用非常廣泛,除了可利用不同核殼層的特性於化學反應外,也能利用殼層特性保護核材料的主性質,如增強材料的抗溼、抗酸鹼、抗環境侵蝕作用等。甚至可用以增進材料的催化反應,兼具分散性和加強功能性,讓不同材料的電、光、生醫等特性得到強化。

 

核殼技術的製程主要分為化學法和固態法,而張教授所領導的團隊最大的特色就是加上了微波能量處理材料,尤其是張教授自行設計開發的聚焦式微波腔,改善了傳統微波爐無法集中能量的缺點。這台聚焦式微波腔的熱處理效能不僅優越,電磁場型模式好控制且能量集中,成為進行核殼技術表面修飾的一大利器。

 

多年來張教授及其團隊把核殼技術應用於螢光、固態燃料電池、壓電等領域。在螢光領域中,他們利用微波修飾技術於紅光螢光體,進而增進白光LED的色彩飽和度。他們讓綠色夜光粒子以核殼方式鍍在三氧化二硼玻璃上,經退火後可增強夜光粒子的結晶度及長時效發光特性。加強後的夜光粒子也能形成一層可抗潮溼的保護膜,透過這樣的技術提升,他們與海洋科技博物館合作,在基隆潮境公園設置了螢光小丑魚夜光板,吸引許多人的矚目。

 

把核殼技術運用在燃料電池上更是一大亮點。燃料電池是一種透過氧或其他氧化劑與燃料進行氧化還原反應,把燃料中的化學能轉換成電能的發電裝置。與傳統發電比較,燃料電池在發電後只會產生水和熱,具備低碳排放、零汙染的好處。張教授及其團隊研究了固態氧化物燃料電池,透過對陰、陽電極粒子表面披覆電解質殼層技術,增加三相反應區的機會,大大提升了對固態氧化物燃料電池的催化效果,也增進了發電效率。

 

張教授的團隊以化學及微波技術合成核殼結構,不僅製程快速、成本降低,同時是全球把核殼結構成功應用在固態氧化物燃料電池性能提升的首例,成果發表於《Journal of the European Ceramic Society》、《Journal of Power Sources》與《International Journal of Hydrogen Energy》等國際知名期刊上,讓這項技術的能見度大增。

 

張教授說:「臺灣海洋大學輪機工程學系的微波與能源材料實驗室已成為全球首先把核殼技術應用於固態氧化物燃料電池以提升陰、陽極催化效果的團隊,後續對傳統燃料電池三極(陰極、陽極、電解質)的結構,也會以核殼技術製作成單極複材電池,這將是一大創新。全固態電池與傳統發電比較,效率不僅高出50%,同時不會產生汙染環境的排放物,可說是最潔淨的發電系統。」

 

看到了新世紀燃料電池能源的未來性,張教授及其團隊也在臺灣海洋大學校園建置了燃料電池備用發電站,做為海嘯、地震等天災發生時的電力來源。張教授也推動「移動能源船舶」(Mobile Energy Ships)的追夢計畫,讓移動能源船不僅是綠能船舶,也是一座移動電廠,希望能打造一個永續能源的未來。

推薦文章

TOP