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氫燃料電池被視為成為邁向2050淨零排放的關鍵，但核心材料「質子交換膜」長期有高成本、低效能瓶頸，使其應用發展受限。為此，中山大學光電工程學系研發出新型質子交換膜，導電率較業界標準提升逾一倍，兼具低成本、無毒等優點，可應用於氫能車、半導體餘氫回收等。
「質子交換膜」是燃料電池中的核心元件，就像是一條「高速公路」，讓質子快速通過的同時，阻隔電子與其他氣體，其品質好壞決定了整個系統的發電效率與穩定度。然而，目前業界普遍使用的杜邦「Nafion 211」薄膜，具有在高溫環境下導電率下降、材料尺寸不穩定、合成製程複雜，以及成本高昂、降解過程可能產生有毒物質等問題，使應用發展長期受限。
中山大學光電工程學系教授黃文堯說，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「質子高速公路」。他與同系教授張美濙的研究團隊經多次材料設計與實驗，成功研發出2款新型質子交換膜「SYS7-H」與「SYS7-L」。
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，電池的能量轉換效率與輸出功率同步提升，且具備優異的瞬間負載能力。此外，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，皆優於傳統材料，更重要的是其生產成本較低，且製程中不會產生任何有毒物質。
而其應用潛力，不僅止於燃料電池。黃文堯表示，幾乎所有化學電池模組中都需要隔離膜，只要具備良好的傳導特性與穩定度，就能廣泛應用於各類電池與能源系統，為氫能、儲能與電池技術帶來全面升級。以氫能交通為例，去年底高雄楠梓與台南樹谷已設立加氫站，顯示台灣正逐步朝氫能運輸邁進，材料技術的突破將成為關鍵推力。
在半導體產業中，氫氣純化同樣是迫切課題。黃文堯指出，半導體製程使用的EUV極紫外光曝光機需消耗大量氫氣，製程結束後的廢氣多半直接排放，造成碳排放問題；但透過質子交換膜技術，可有效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。在儲能應用上，新型質子交換膜亦可用於釩液流電池。
黃文堯透露，這2款新型質子交換膜已引起業界高度關注，團隊已與欣緣科技公司展開產學合作，並布局部分專利，同時與威杰能源及創福新材料公司等氫能燃料電池產業鏈夥伴進行協作，目標於2027年推動大規模商業化量產。◇
