【燃料電池－能源明日之星】

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【燃料電池－能源明日之星】

 

大家或許曾經聽過「燃料電池」這個名詞，但對於這種能源技術可能又不甚了解。從政經、能源、環保、社會、科技產業發展，及生活品質提昇等角度考量，燃料電池（Fuel Cell）科技是值得國內產、官、學界長期投入發展的新興科技領域。

 

燃料電池為高效率、潔淨、多元化能源使用，可應用於車輛動力、分散式發電、3C資訊產品電源等商業產品。其多元化研發領域及應用產品，將提供部份產業轉型成為知識密集、永續環保的綠色科技產業。

 

燃料電池是什麼。

 

由於能源與環境的雙重壓力「燃料電池」這種新型態能源技術的開發與應用，已經受到各國政府的重視與支持。

 

從政經、能源、環保、社會、科技產業發展，及生活品質提昇等角度考量，燃料電池（Fuel Cell）科技是值得國內產、官、學界長期投入發展的新興科技領域。燃料電池為高效率、潔淨、多元化能源使用，可應用於車輛動力、分散式發電、3C資訊產品電源等商業產品。

 

其多元化研發領域及應用產品，將提供部份產業轉型成為知識密集、永續環保的綠色科技產業。

 

燃料電池成本昂貴。

 

燃料電池並不是未來技術，由於成本昂貴，近三十年多應用在航太方面，提供電力、水、熱來源。

 

然而近幾年來技術上革命性的突破及環保意識抬頭的影響下，更進一步研究將燃料電池技術應用於地面上，希望能繼水力、火力、核能之後，成為第四種主要的電力來源。

 

燃料電池的特色。

 

燃料電池具有零污染、高效率、低噪音、低振動，以及起動快、壽命長等諸多優點，適合做為取代高污染與低效率的傳統汽、柴油引擎的選擇，燃料電池並不是未來技術，由於成本昂貴，近三十年多應用在航太方面，提供電力、水、熱來源。

 

然而近幾年來技術上革命性的突破及環保意識抬頭的影響下，更進一步研究將燃料電池技術應用於地面上，希望能繼水力、火力、核能之後，成為第四種主要的電力來源。

 

近年來也成為美、日、歐等國爭相研發的重點科技，也成為這些國家獎勵與推廣的產品。

 

由於近年來燃料電池的技術突飛猛進，相關材料及零組件的成本亦持續下降，使燃料電池的商業化可能性大為提高。

 

 

目前發展中的五種燃料電池

 

燃料電池的構造與一般電池相似，由陰極、陽極以及夾在它們中間的電解質層所組成。

 

圖一為一個燃料電池單體，將這一個個電池單體堆疊組合在一起，就成為一個燃料電池。

 

目前發展中的燃料電池，可依所使用電解質層的不同，分為鹼性（Alkaline，簡稱AFC）、質子交換膜（Proton Exchange Membrane，簡稱PEMFC）、磷酸（Phosphoric Acid，簡稱PAFC）、熔融碳酸鹽（Molten Carbonate，簡稱MCFC），以及固態氧化物（Solid Oxide，簡稱SOFC）等五種。

 

這五種燃料電池，因為所使用的電極與電解質料的不同，再加上不一樣的操作條件如溫度、壓力等，使得在應用上亦有所不同。

 

燃料電池是什麼目前發展中的五種燃料電池。

 

兼顧環保與效率的綠色發電工具。 

 

雖然目前燃料電池仍然是利用一般化石能源，如煤碳、石油、天然氣等，或是含有氫分子的再生能源，如沼氣、甲醇等作為進料，但是與同樣利用這些能源的火力發電方式有所不同，因為後者必須經過燃燒及各種層層能量轉換程序，最後才轉變成為方便使用的電力，故此燃料電池發電效率高，同時亦不會帶來因為燃燒而造成的空氣污染，以及發電機經由齒輪傳動而產生的噪音，所以燃料電池常被認為是一種兼顧環保與效率的綠色發電工具。

 

隨著科技的日新月益日，和人們環保意識的不斷增強，電動車是目前市面上可見的、有機會取代傳統汽、機車的新型交通工具。

 

傳統車輛的動力來源是汽油或柴油引擎，除引擎本體之外，還需要有油箱、油泵、濾油器、空氣濾清器、化油器、噴嘴與點火裝置等組件，同時排氣管裝有消音器與觸媒轉化器，而且水冷式引擎還需要冷卻水系統，相較之下電動車的動力系統顯得較為單純。

 

目前市面上常見的電動車，其動力系統分為兩種，一種是採用採用鉛酸電池、鎳氫或鋰電池等蓄電池系統的電動車，主要的動力組件是電池組、充電器、電力控制器與馬達等，因此動力系統較為簡單。

 

另外還有以燃料電池（使用最廣的是氫-空氣或氫-氧氣型燃料電池）為動力系統的電動車。

 

燃料電池引擎系統。

 

使用燃料電池的電動車，是將電池組、儲氫罐、馬達與其他相關組件加以整合，便可組成燃料電池引擎系統，以做為燃料電池電動車的動力來源。

 

這種系統可分為水冷式與氣冷式兩種，水冷式動力系統能源效率較高，但較為複雜，適合應用於較大型的汽、機車中。

 

水冷式動力系統能源效率較低，但結構單純，適合裝設於小型的自行車與代步車中。

 

不同類型的燃料、電解液、工作溫度以及補充燃料的方法不同，如直接或間接加燃料方法，導致了不同的燃料電池，如：酸燃料電池、鹹燃料電池、熔態碳化燃料電池、固態氫化燃料電池、固態聚合燃料電池、直接甲醇燃料電池等。

 

由於燃料電池組的反應物需要由外界供應，所以要有提供氫氣與空氣的系統，同時要裝設電池組冷卻系統，因此燃料電池電動車的動力系統比一般電池電動車較為複雜。

 

新型燃料電池加速電動車的發展。

 

電動車的開發與應用在根據多年來的研究與推廣結果，使用鉛酸、鎳氫等電池的電動車，由於行程不足、充電麻煩等問題，只能做為自行車、代步車、高爾夫球車、機場搬運車等用途，而無法作為路面上的主要交通工具，如果希望電動車能夠真正地商業化，則須採用新型的電池技術，才可大幅提升電動車的功能，增加消費者的接受程度。

 

雖然目前以電池驅動的電動車，在行駛里程方面與燃油汽車還不能相媲美，但由於以燃料電池為動力的電動車，其行駛里程則完全是由車載燃料量決定的，只要有適量的燃料，電動車就可具有與燃油汽車相當的行駛里程。

 

與燃油汽車類似，這類電動車補充燃料也可以在幾分鐘之內完成。

 

燃料電池的壽命通常遠高於蓄電池並且幾乎是免維護的，要發展實用化與商業化的燃料電池電動機車，必須針對燃料電池引擎系統的特性與構件，重新進行車體與車型的分析、規劃、設計等工作，儘管燃料電池的製作技術還有種種缺點，但燃料電池在電動車上應用開發與應用，的確也為電動車創造了一個能與燃油汽車相競爭的美好前景。

 

引用：http://tw.myblog.yahoo.com/jw!AP9wGuGRExx3VxObNh._l3s-/article?mid=2263