突破性研究！無需鉑金的高效水電解技術 讓氫能經濟更近一步

在全球追求淨零碳排的浪潮下，氫能因其零碳排放特性備受矚目。其中，利用電力將水分解為氫氣和氧氣的水電解技術，被視為最環保的製氫方式。特別是質子交換膜水電解(PEMWE)技術，因其能生產高純度高壓氫氣，被公認為次世代製氫的關鍵技術。

然而，現有PEMWE技術因高度依賴昂貴的貴金屬催化劑和鍍層材料，在商業化程序上面臨瓶頸。韓國研究團隊近期提出創新解決方案，成功突破這項技術與經濟雙重障礙。

由韓國科學技術院(KAIST)化學與生物分子工程系金熙澤教授領導的研究團隊，與韓國能源研究院(KIER)都基秀博士合作，開發出無需昂貴鉑金鍍層的新一代水電解技術，相關研究成果已發表於《能源與環境科學》期刊。

研究團隊深入探究水電解電極高效催化劑氧化銥(IrO_x)效能不佳的根本原因，首次證實只需控制催化劑顆粒大小，就能最大化其效能。研究發現，未經鉑金鍍層的氧化銥催化劑表現欠佳，關鍵在於催化劑、離子導體(ionomer)與鈦基板三者介面產生的電子傳輸阻抗。

具體而言，研究團隊發現當離子導體包覆催化劑顆粒時，會阻斷電子傳導路徑；而離子導體與鈦基板接觸時，更會在鈦基板表面氧化層形成電子屏障，大幅增加阻抗。這種「掐斷效應」(pinch-off)正是導電性降低的主因。

為解決此問題，研究團隊製備不同粒徑的催化劑進行比較。透過單電池測試與多物理場模擬，全球首度實驗證實：當使用粒徑20奈米(nm)以上的氧化銥催化劑時，可減少離子導體混合區域，確保電子傳導路徑，恢復導電性。

更令人振奮的是，研究團隊透過精確的介面結構設計，成功同時兼顧反應活性與電子傳輸效率。這項突破證明，過去被認為不可避免的催化劑活性與導電性取捨問題，其實可透過精密的介面設計來克服。

這項研究成果不僅為高效能催化劑材料開發樹立重要里程碑，更為質子交換膜水電解系統的商業化鋪路，未來可望在大幅減少貴金屬用量的同時，仍保持高效能表現。

金熙澤教授強調：「這項研究提出全新的介面設計策略，解決了高效水電解技術的關鍵瓶頸。」他進一步指出：「在不使用鉑金等昂貴材料的情況下仍能確保高效能，將是實現氫能經濟的重要墊腳石。」

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