【漾新聞記者陳雯萍／高雄報導】邁向2050淨零排放，氫能與燃料電池被視為關鍵解方，但核心材料長期受限於高成本與效能瓶頸。國立中山大學光電工程學系教授黃文堯、張美濙團隊成功研發新型質子交換膜，打造只讓質子高速通行的「能源高速公路」，其質子導電率較業界標準杜邦Nafion 211提升逾一倍，為氫能應用與淨零轉型帶來關鍵突破。
質子交換膜是燃料電池的核心元件，負責讓質子快速通過，同時阻隔電子與其他氣體，直接影響發電效率與系統穩定度。現行廣泛使用的Nafion 211薄膜，雖具成熟基礎，卻在高溫下導電率下降、尺寸穩定性不足，且製程複雜、成本高昂，降解過程還可能產生有毒物質，限制了燃料電池的大規模應用。
黃文堯指出，若要讓燃料電池真正走入交通、產業與日常生活，關鍵就在於打造一條跑得更快、更穩定且不汙染環境的質子通道。團隊經多年材料設計與反覆實驗，成功開發出SYS7–H與SYS7-L兩款新型質子交換膜，並透過實測驗證其性能表現。
研究結果顯示，SYS7–H與SYS7-L的質子導電率分別較Nafion 211提升102%與88%，代表質子移動速度大幅加快，能同步提升燃料電池的能量轉換效率與輸出功率，並具備良好的瞬間負載能力。兩款新材料在熱穩定性、機械韌性、尺寸穩定性與水分吸收行為等關鍵指標上，也全面優於傳統材料。
更重要的是，新型質子交換膜在製程上兼顧低成本與環境友善，不會產生任何有毒物質，大幅降低對環境與人體的潛在風險。黃文堯表示，這不僅是材料效能的提升，更是讓氫能技術能永續發展的重要一步。
質子交換膜的應用潛力也不僅止於燃料電池。黃文堯指出，幾乎所有化學電池模組都需要隔離膜，只要具備良好的傳導特性與穩定度，就能延伸應用於各類能源系統。在氫能交通方面，新材料可望加速氫能車、氫能巴士的發展；隨著政府積極布局氫能政策，高雄楠梓與台南樹谷已設立加氫站，材料技術的突破正好成為關鍵推力。
在半導體產業中，氫氣純化同樣是迫切課題。黃文堯說明，極紫外光曝光機需消耗大量氫氣，製程後的廢氣多半直接排放，造成碳排放壓力。透過質子交換膜技術，可回收廢氣中的餘氫並加以純化，重新用於燃料或電池系統，達到發電、發熱與減碳的多重效益。
在大型儲能應用上，新型質子交換膜亦可用於釩液流電池。相較鋰電池，釩液流電池如同大型儲水槽，可長時間儲存大量電力。黃文堯指出，北歐已將釩液流電池與太陽能系統廣泛結合，未來台灣也可搭配風能與再生能源，發展穩定的大型儲能體系。
這項技術已引起產業高度關注，研究團隊目前已與欣緣科技股份有限公司展開產學合作，並布局相關專利，同時攜手威杰能源、創福新材料公司等氫能燃料電池產業鏈夥伴，目標於明年推動商業化量產。來自中山大學的材料創新，正為氫能應用與淨零未來，鋪設更順暢的能源高速公路。
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