[!] 了解質子交換膜水電解 | Proton Exchange Membrane Water Electrolysis Application in Medicine

fumihuang
8月14日
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已更新：4天前

質子交換膜水電解（Proton Exchange Membrane Water Electrolysis, PEMWE）是一種以水（H₂O）為原料，在直流電作用下分解產生氫氣（H₂）與氧氣（O₂）的技術，其原理正好與質子交換膜燃料電池（PEMFC）相反:

PEMFC 將氫氣與氧氣在質子交換膜中進行電化學反應產生電能與水，
PEMWE 則是將電能轉化為化學能，生成高純度氣體

PEMWE 因具備氣體純度高、反應速度快、體積小等優點，且可模組化設計、方便移動，能在緊急或醫療現場即時產生所需氣體，降低儲存與運輸高壓鋼瓶的風險（Shiva Kumar & Lim, 2022）。根據 Market Research Future（2023）的預測，全球 PEMWE 市場將以 CAGR 超過 25% 的速度成長，醫療、能源儲存與應急供氣是主要推動力。隨著氫能基礎設施與醫療應用擴張，對高性能密封材料（如 PEN 薄膜）的需求將持續上升。

(S. Shiva Kumar,HankwonLim,2022) — (*S. Shiva Kumar,HankwonLim,2022)*

傳統高壓鋼瓶的儲存方式與配送，因儲存與運輸皆涉及壓力控制，也需要占用專門存放空間。

如果可以用PEMWE產出醫療應用氣體，可以降低工安風險與運輸成本，常見臨床應用扮演關鍵角色的氣體有：

氧氣 (Oxygen, O₂)	用於治療缺氧、呼吸衰竭；高壓氧治療可改善中毒與栓塞症狀。
高壓氧(Hyperbaric Oxygen)	高壓氧治療則是氧氣治療的另一分支，主要是治療一氧化碳中毒、骨髓炎、空氣栓塞症及減壓病等。(趙恒勝,2023)
氫氣(Hydrogen, H₂)	日本在氫氣研究結果表明，如果心臟驟停，並且心肺復甦后心臟跳動，但意識未恢復，則 2% 氫化氧吸入可降低死亡率並增加意識恢復和康復的可能性無後遺症。(慶應義塾大學,東京牙科學院,2023)
氮氣 (Nitrogen, N₂)	在皮膚病學中使用冷凍手術進行各種小手術，為了獲得氣壓，氮氣被用作氣體操作的醫療設備的動力源。(頭條匯,2025)

PEMWE 的核心：膜電極組（MEA）

PEMWE的核心為膜電極（Membrane Electrode Assembly，MEA），是由PEM 經過網版印刷塗佈鉑碳(Pt/C)，組合成催化劑塗佈膜(CCM；Catalyst Coated Membrane)，CCM 再與氣體擴散層(GDL)推疊。(Xi Chen 、Wentao Feng、 Yukang Hu 、Shuhuai You、Weidong Lu、Bin Zhao ,2024)

水氣會透過CCM分解生成氧 (O₂)和質子 (H+)和電子 (e-)從陽極表面消除的氧和剩餘的質子通過CCM到達陰極側，電子通過外部電路到達陰極側。在陰極側，質子和電子重新結合產生氫氣。(S. Shiva Kumar,HankwonLim,2022)

MEA的使用壽命，對於設備模組有極大的重要性，水氣會造成PEM氣孔破裂耐久性衰退，而此缺陷會慢慢地擴散，導致PEM最終失效，通過阻隔水氣防潮是很重要的。如果將PEM裸露的地方包覆起來，延緩水氣經過不必要的路，讓水氣在正確點位通過，也可以延長PEM的使用壽命，因為PEM需要與阻隔層熱壓貼合，阻隔層需要上膠後，再熱壓貼合PEM。

PEN 薄膜在 PEMWE 的應用優勢

敝司的 TEONEX® PEN 薄膜，因兩軸延伸聚酯，具有比 PET薄膜更優良且均衡的耐熱性、表面能量高、氣體阻隔率、水氣阻隔率。因PEN原有特性，展現出色阻隔水氣與氣體，可讓氫氣與氧氣在很好的分流中，產生最好的功率，因玻璃轉化溫度PEN為155℃，可承受熱壓貼合溫度，表面能量高可讓膠更好的附著，無須電暈破壞表面上膠，TEONEX® PEN 薄膜因原有的特性，無須額外的加工改變物性，可以讓此應用縮短不必要的製程，更可以延長膜電極的使用時間。