南韓科學家開發超低成本鎳鈷電極 提升綠色氫氣生產效率

南韓科學家研發出一種新型超低成本的組件，用以從水和電力中製造綠色氫氣。韓國能源研究院（KIER）開發了一種無鉑的鎳鈷電極，能有效進行鹼性水電解。這種非貴金屬的 Ni/Co 異質結構電極提升了鹼性水電解的性能，並降低了成本。此進展有潛力消除全球擴展綠色能源的主要經濟障礙。KIER 的首席研究員姜京秀博士表示：「這項研究證明瞭非貴金屬電極能在鹼性水電解中實現世界級的性能和耐用性。」

氫氣成本降低的關鍵在於水電解的簡單性。通過水中施加電流，分裂水分子，並捕獲純氫氣，實現零碳排放。然而，實際上，尤其在大規模的鹼性系統中，反應速度較慢。在鹼性條件下，分裂水分子所需的時間超過酸性環境的 100 倍。為了加速反應，工業電解槽通常使用貴金屬。鉑的價格約為每克 US$58 (約 HK$452)，而釕的價格則約為每克 US$54 (約 HK$421)。考慮到工廠的規模，這使得大規模生產在經濟上變得不可行。KIER 團隊最終決定完全放棄鉑金，改用鎳和鈷，價格分別為每克 US$0.02 (約 HK$0)和 US$0.05 (約 HK$0)。

新型電極的技術優勢

便宜金屬如何超越鉑金？這歸功於其智能架構。團隊創建了一種雙組件異質結構，將氧化鎳和鎳鈷合金配對在同一電極表面。每個組件處理反應的不同階段。氧化鎳作為化學催化劑，迅速在初始的緩慢解離步驟中拆分水分子；而 Ni-Co 合金則用來將釋放的氫離子結合成可用的燃料氣體。

性能結果顯示這項技術的潛力。該電極在僅 22.7 mV 的過電位下實現了相等的氫氣產量，這約為商業鉑金系統所需的 56.5 mV 的 40%。研究人員指出：「所開發的電極在大約 40%的過電位下提供了相等的氫氣產量，顯示出在過去三年報導的非貴金屬鹼性電極中具有頂尖的性能。」許多實驗室創新在實際電網測試中失敗，因為波動的太陽能和風能使設備面臨嚴苛的運行週期。KIER 專門設計了這種新電極，以抵禦這些不可預測的條件。

在一個 8.7 釐米的單元測試中，該電極相比標準鎳電池將電池電壓降低了 11%。甚至在 600 個連續的啟停應力循環中，也未損失性能。

未來的商業化潛力

未來，該電極有可能與不穩定的太陽能和風能發電廠一同運行。團隊已經超越了實驗室階段。共同負責人李賢俊博士透露，團隊已製造出直徑 40 釐米的大型電極，並正在精煉商業生產的製造過程。最終目標是將電極表面積擴展至 5,000 平方釐米，以便直接整合到兆瓦級的工業廠房中。如果成功擴展，這可能最終解決氫氣的貴金屬稅問題。該研究結果已發表在《先進科學》期刊上。

無鉑電極對氫氣生產的影響

這項新型無鉑鎳鈷電極的開發，標誌著氫氣生產技術的一次重要突破。傳統上，氫氣的生產依賴於昂貴的貴金屬催化劑，這限制了其經濟可行性。透過使用更便宜的金屬，這項技術不僅降低了生產成本，還提升了氫氣的產量和效率。隨著可再生能源的普及，這種新電極的應用潛力巨大，能夠促進綠色氫氣的廣泛使用，進一步推動全球能源轉型。