▲清華大學工程與系統科學系教授陳燦耀利用超音波在材料表面打出極細小的孔洞，再把作為觸媒的白金「鑲嵌」上去，做出更穩定耐久、比奈米還小的「原子級觸媒」，奠立下一代鹼性燃料電池的新里程碑。（圖／清大提供）


【亞太新聞網／財經新聞中心／新竹報導】

我國發展鹼性燃料電池儲能科技締新頁！清華大學工程與系統科學系教授陳燦耀從清洗眼鏡的超音波機得到靈感，利用超音波在材料表面打出極細小的孔洞，再把作為觸媒的白金「鑲嵌」上去，做出更穩定耐久、比奈米還小的「原子級觸媒」，效率提升3倍以上，奠立下一代鹼性燃料電池的新里程碑！

科學家們近年積極研發可應用於電動車等環保先進產業的燃料電池，但難突破耐久性不足的限制。陳燦耀教授指出，原子級觸媒可讓燃料電池的電流強度提高10倍，且連續工作8個月效率都不衰退；若應用在電動車、發電廠，電池的價格可降到只要十分之一，壽命則能維持2到3年。

陳燦耀教授這項突破性的研究成果「原子級觸媒」，今年2月登上國際頂尖期刊「自然通訊」（Nature Communications），並被選為該月份的兩篇能源材料焦點論文之一。陳燦耀教授表示，未來將繼續推進研究，做出更小、效率更高的「量子級觸媒」。


▲燃料電池被視為綠色能源的新希望。（圖／清大提供）

█觸媒縮小　氧化還原活性加大
燃料電池是透過氧化還原反應把燃料中的化學能轉換成電能的發電裝置，因為發電過程中只產生水跟熱，不像燒煤等石化燃料會產生大量廢氣汙染，而被視為綠色能源的新希望。其中鹼性燃料電池的發電效率及安全性又比酸性電池來得高，如太空船及人造衛星的供電就是採用鹼性燃料電池；但投入鹼性燃料電池研究者比酸性少很多，主要是因觸媒研發難以突破。

陳燦耀表示，影響觸媒效率的因素很多，大小是其中很重要的一項，同樣體積的觸媒顆粒愈小、表面積愈大，氧化還原的活性愈高；但粒子太小就不穩定，效能很快就會衰退。因此他不斷思考，如何能做到更小卻更穩定？


▲清華工科系教授陳燦耀（左3）樂在體會學生帶給他不同的教學挑戰與刺激。（圖／清大提供）

█成本更低　效率更高　壽命更長
但打破規則的實驗方式也讓他吃足苦頭，甚至團隊裡主修材料的資優生還質疑老師「亂搞」，終於在失敗了數百次，耗費無數實驗樣品後，讓他們找到了讓鹼性燃料電池陰極觸媒同時保持氧化還原高活性與高穩定度的金鑰。

陳燦耀表示，最終完成的白金原子觸媒使用的貴金屬白金量只要1%，比一般商用觸媒的35%要低很多；且相較於傳統觸媒使用1周後效能即逐步衰退，原子級觸媒在電流強度提高10倍、質量電流密度提高30倍的情況下，連續工作8個月（超過32萬次電壓循環）效率都不會衰退。


▲清華大學工程與系統科學系教授陳燦耀利用超音波在金屬表面打出極細小的凹槽，再把作為觸媒的白金「鑲嵌」上去。（圖／清大提供）

█放棄業界高薪 回母校投入研究與教學
陳燦耀是清華少數來自業界的教授。他的碩士、博士、博士後研究都在清華大學取得，畢業後曾任職於台積電、高通。但產業界一成不變的工作型態漸漸無法再滿足他，令他下定決心放棄業界的高薪，回到母校任教。

陳燦耀回想，他從小就對超音波震盪機如何將眼鏡清洗乾淨很感興趣，甚至還請眼鏡行老闆幫他洗久一點，洗到鏡框的塗漆都被震掉，「何不用超音波在鐵等金屬表面打出小的凹槽，如果可以做到只有0.3奈米、就可以把3顆原子大小的觸媒就可以穩穩地落在凹槽裡。」他也成為在金屬表面穩定長出原子級材料的學界第一人。

陳燦耀表示，日、韓等國近年積極發展燃料電池發電廠，2020年的東京奧運更可望採用燃料電池來打造一座氫能城市；若大小僅原子級觸媒一半的量子級觸媒能成功研發出來，效率將比目前的原子級觸媒再提昇10倍，綠能生活將指日可待。