可呼吸的晶體，有望顛覆燃料電池與智慧建築節能技術

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科技產業資訊室(iKnow) - 黃松勳發表於 2025年8月28日

圖、可呼吸的晶體，有望顛覆燃料電池與智慧建築節能技術

韓日科研團隊近期發表一項革命性發現，一種能夠「呼吸」的人工晶體，可在相對低溫下反覆吸收與釋放氧氣，且結構穩定不易損壞。此發現已於《自然通訊》(Nature Communications)發表，被視為材料科學及潔淨能源應用的重要里程碑。此晶體由鍶、鐵、鈷等金屬氧化物組成，能在約400°C條件下進行可逆氧循環，突破以往需高溫才能驅動的瓶頸。

該晶體的發現對於推進低碳能源技術、智慧建築及電子器件的發展具重大意義。其可延伸至固態氧化物燃料電池，提高氫能發電效率，並應用於智慧窗戶和熱電元件，為能源管理提供全新解決方案。全球建築能耗占比超越交通與工業總和，若該晶體技術實用化，將助力碳排減量目標，為綠色轉型創造顯著效益。

此研究由韓國釜山國立大學物理學系鄭亨鎮(Hyoungjeen Jeen)教授領銜，並與北海道大學電子科學研究所太田裕道(Hiromichi Ohta)教授合作完成。研究獲得韓國國家研究基金會(NRF)、日本科學振興會(JSPS)等多項計畫資助。

這款晶體的最大亮點在於其穩定的結構變化機制。研究顯示，氧氣釋放與吸收過程僅影響鈷離子價態，晶體整體結構卻能完全回復，展現出高度可逆性。這項特性使其能夠在長期運行中維持性能，擺脫傳統氧化物在多次循環後結構崩解的問題。

該晶體的低溫氧循環能力有望應用於固態氧化物燃料電池(SOFC)，推動氫能車輛續航力突破。此外，在熱電元件中，它能精準控制熱流，實現「熱電開關」的概念，未來或能應用於節能電子產品及高效散熱系統，為電子元件的微型化和高性能化奠定基礎。

研究團隊初步驗證了該晶體於智慧窗戶上的應用，當氧含量高時晶體透明度降低，氧含量低時透明度提升，可根據環境自動調節光與熱的通透性。這一功能可減少建築能耗，尤其在大型商用建築及智慧城市規劃中，具備龐大市場潛力。

與傳統電池直接儲電不同，該晶體透過氧鍵儲存能量，具備更高能量密度及耐久性，且原料來源相對分散，降低地緣政治風險。此特性為新能源儲存與碳捕集技術帶來全新可能性，也有助於實現永續能源循環。

隨著呼吸晶體技術問世，投資熱潮湧現，國際能源企業及創投機構已投入超過5億美元研發資金，市場分析預估2030年氧儲存材料市場規模將達300億美元。該技術與固態電池、氫能儲存及熱能管理等新興方案共同構成未來能源市場競爭格局。

儘管潛力巨大，該晶體的量產技術、製程成本與系統整合仍待突破。目前研究重心聚焦於調整金屬比例與生產工藝，以進一步提升穩定性與效率。隨著製造技術成熟，該材料有望於3-5年內率先應用於高價值能源系統。(985字；圖1)

參考資料：
Scientists discover crystal that breathes oxygen like lungs. ScienceDaily. 2025/08/22
Breathing Crystal Breakthrough Could Revolutionize Clean Energy. SciTechDaily. 2025/08/24
Revolutionary ‘Breathing’ Crystal Could Transform the Clean Energy Industry. OilPrice.Com. 2025/08/24

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