燃料电池的发展现况.doc

燃料电池的发展现况燃料电池的基本组件包括正极（Anode）、负极（Cathode）、电解质（Electrolyte）、燃料流场板（Gasdistributor）与电流收集器（Current Collector）等。以氢气为燃料、空气中的氧气为氧化剂，把燃料中的化学能通过电化学反应转换成电能的发电装置，除了产生电能以外只排放出净水，具有以下几个特点：低污染：燃料电池没有二氧化碳及含硫的问题，更没有核能发电废料的问题，比一般传统火力发电方式更清洁。用氢氧与空气作为燃料与氧化剂，其生成物只有水和热。高效能：和一般传统的发电方式不同，燃料电池直接将燃料中的化学能转化成电能，故不受卡诺循环的限制，理论上能量转换效率可达到80%。无噪音：燃料电池发电本体在发电时，不需其他移动机件的配合，因此没有噪音问题。用途多样化：燃料电池所能提供的电力范围相当广泛，小至手机大至万瓦发电厂，都在其适用范围内。不需冲电：一般电池是将能量贮于电池本体中，用完后即舍弃，或充电后再重复使用，燃料电池是由燃料中的化学能提供能源，只要持续不断地供给燃料，燃料电池变可以不停地发电。燃料资源多：只要含有氢原子的石化能源如石油、天然气、煤炭、沼气、酒精与甲醇等，通过一个转换器，都可作为燃料电池的能源进料。目前更有利用高压钢瓶或金属氢化物等储氢材料制成的储氢卡匣，成为燃料电池电力组，可取代一般的蓄电池，因此被视为节能、无污染的最佳解决方案。 目前燃料电池在技术上依照电解质及电极材料的不同，主要被发展的共有质子交换膜燃料（PEMFC）、磷酸型燃料（PAFC）、熔融碳酸盐燃料（MCFC）、固态氧化物燃料（SOFC）以及碱性燃料（AFC），其性能及架构如下表所示：燃料电池发展现况电池种类质子交换膜燃料碳酸型燃料熔融碳酸盐燃料固态氧化物燃料碱性燃料电力密度（W/Kg）300-1000100-22030-4015-2035-105发电效率（%）40-6035-6045-6050-6045-60发电范围250KW10MW2MW10MW80KW启动时间几分钟2-4小时>10小时>10小时几分钟操作温度（）25-105180-220600-700750-100050-200主要应用太空、运输、携带装置电力适用范围广分布式电厂等大型发电分布式电厂，住家太空、运输燃料电池现况：日本曾预测下个世纪的能源供应将由石化燃料转变为氢能的社会，其中氢能转换成电能的主要装置就是燃料电池。燃料电池因具有干净、环保与能源转换效率高的优点，燃料电池的商品化发展十分看好，目前商业之应用如日本以燃料电池作为市区电力负载管理工具；德国燃料电池动力潜水艇；美国采用汽电共生方式作为医院、饭店、建筑物之供电；加拿大推出燃料电池的巴士；福特、宝士、丰田等汽车大厂相继推出燃料电池电动车。国内燃料电池产业近年来也加速发展，譬如亚太燃料电池与杜邦建立合作关系，主要在开发燃料电池如电动机车；3C应用方面，腾光科技结合南亚电路板、奇宏科技与思柏科技组成研发联盟，开发笔记本型电脑用直接甲醇燃料电池电力组（DMFC）。上述五种电池中以质子交换膜燃料电池技术为车用电池的首选，具有电力密度高和启动快的能够特点。目前，国际上车用电池技术领先者为加拿大Ballard公司和德国Daimler Chrysler公司技术合作所开发出的车用电池，另外其他公司如Honda、GM、Ford、也纷纷推出自有品牌如FCX、FCHV、Hydrogen等系列的燃料电池，加快燃料电池实现商业化的脚步。根据集邦科技预测，全球燃料电池市场需求成长至2009年约25.8亿美元，预计2014年世界燃料电池需求可达到135.5亿美元，复合平均年增率43%，其中以发电系统市占率51.7%最高，其次为可携式电子产品占25.9%、产业用定置型发电系统及叉举车等特定用途动力系统12%、汽机车3.8%等，并以可携式电子产品之需求值平均年增率64.6%成长速度最快。燃料电池方面的挑战 尽管燃料电池具有节能零污染材料取得方便的优点，但在制作技术上仍面临电池耐久性与高成本的挑战，耐久性短的原因在于车辆使用状况对燃料电池的影响，如频繁的发动次数、车速快速切换、车子不稳定驾驶、低温的行驶环境等都容易造成电池的损坏，针对此问题，福特和克莱斯勒推出PHEV油电混合车电动车，使车子能在稳定的环境下进行操作，但仍无法避免低温和难质环境下电池损耗的问题。在成本方面则面临用来当做催化剂的贵金属铂成本居高不下，储氢罐的体积庞大且价格昂贵，运输成本大，以及加氢站等配套设施建设费用高皆使的燃料电池发展遭遇阻碍，有赖未来技术改良提出更好的解决方案。 目前一辆燃料电池车价格约14,300美元，相当于台币500万元，其价格远高于一般车款，无法被大众接受，因此中长期来看尚无法一般化，故燃料电池的商业化普及使用被各国视为长期发展目标。 各种燃料电池的种类与特性电池种类碱性燃料电池（AFC）质子交换膜燃料电池（PEMFC）磷酸燃料电池（PAFC）熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）固态氧化物燃料电池（SOFC）电解质KOH含氟质子交换膜H3PO4Li2CO3-K2CO3ZrO2阳极C（含Pt）C（含Pt）C（含Pt）Ni（含Cr、Al）金属（Ni、Zr）阴极C（含触媒）C（含Pt）、铂黑C（含Pt）NiO金属氧化物如LaMnO4导电离子OH-H+H+CO32-O2-工作温度室温2000C1602200C60010000C燃料纯氢氢气、甲醇氢气天然气、沼气、氢气、煤气天然气、沼气、氢气、煤气氧化剂纯氧空气、氧气、空气、氧气、空气、氧气空气、氧气特性1. 使用高纯度氢气作为燃料。2. 低腐蚀性及低温较易选择材料1. 功率密度高、体积小、重量轻。2. 低腐蚀性及低温，较易选择材料。1. 进气中CO会导致触媒中毒。2. 发热可予利用。1. 不受进气CO影响。2. 反应时需循环使用CO2。3. 发热可利用。1. 不受进气CO影响。2. 高温反应，不需依赖触媒的特殊作用。3. 发热可利用。优点1. 启动快。2. 室温常压下工作。1. 寿命长。2. 可用空气做氧化剂。3. 室温工作。4. 功率大。5. 启动迅速。6. 输出功率可随意调整。对CO2不敏感1. 可用空气作氧化剂。2. 可用天然气或甲烷作燃料。1. 可用空气做氧化剂。2. 可用天然气或甲烷作燃料。缺点1. 需以纯氧做氧化剂2. 成本高1. 对CO非常敏感。2. 反应物需要加湿。1. 对CO敏感。2. 工作温度高。3. 成本高。4. 低于峰值功率输出特性能下降。工作温度较高。工作温度过高系统效率6070%4358%3747%>50%50%65%用途宇宙飞船、潜水艇小型发电机组分散型发电移动式电源运输工具之电源气电共生分散型发电离岛地区发电移动式电源运输工具之电源气电共生分散型发电取代大规模火力发电气电共生分散型发电取代中规模火力发电。