賀!曹子涵同學榮獲大專生計畫核定執行-在陽極觸媒添加不同比例的 CNT 對質子交換膜水電解電池的性能影響(林秀麗教授指導) 曹子涵同學
現今大量使用化石燃料對環境造成許多負面影響,世界先進國家都在呼籲追求乾淨、有效率的能源,而水電解製氫與製氧技術中最創新的就是質子交換膜作為電解質,相較於傳統的鉛酸電池,使用上不需考慮硫酸液面高度、充電電壓過高或過充的問題,安全性提高;而相較於太陽能、風力發電,水電解電池可以儲存能量、產出高純度的氫氣及氧氣。
質子交換膜水電解電池中,電極的電化學反應為燃料電池的逆反應。水在陽極發生化學反應分解成氧氣、氫離子和電子,氫離子在電場作用下經質子交換膜於陰極內與電子發生電化學重組產生氫氣。下圖為質子交換膜水電解電池構造示意圖以及化學反應式。
本研究藉由陽極觸媒分別添加5%、10%、15%不同比例的多壁奈米碳管(MWCNT),以CCM法製備膜電極組(membrane electrode assembly,MEA)組成質子交換膜水電解電池(Proton electrolyte membrane water electrolyzer,PEMWE)進行性能研究。因單一原料讓IrO2分散效果不佳,故添加不同比例的多壁奈米碳管(MWCNT)作為載體,增加孔隙度、導電度以提高電池效能。由實驗結果可以得知,活化曲線以及極化曲線中,陽極觸媒添加CNT的數據與對照組相比性能有提升的趨勢。耐久性測試方面以瞬間充放電的方式來加速電池老化的速度,可以看出隨著時間增加,電流逐漸下降。接著使用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察樣品在表面與截面的分布情形,添加多壁奈米碳管(MWCNT)的樣品與對照組相比觸媒之間的孔隙度增加。結論,添加多壁奈米碳管(MWCNT)的比例越高,能有較好的性能表現。
投身專題研究後,發現「專題研究」與「系上必修實驗課」兩者有極大的不同,專題研究會遇到不同的新問題需要解決並且加以改良設備,不像必修實驗課,有固定的實驗流程與結果。而在研究測試中,有一項是耐久性測試,需要長時間待在實驗室內紀錄數據,有時因為電池內部電化學反應過高導致質子交換膜破裂而測不到數據,雖然有些沮喪但也不氣餒,相信繼續努力下去,會有開花結果的那天到來。很幸運的,在系上專題競賽當中,獲得「優等」和「人氣獎」兩個獎項,同時也核定通過108學年度大專學生研究計畫。感謝秀麗老師細心指導,在研究上遇到困難時,適時地提供寶貴建議和研究方向,讓我受益良多。