燃料電池
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燃料電池(Fuel Cell)是一種將化學能直接轉換變成電能的裝置,雖然名為電池,但更像一個特殊的發電機,它並不能儲存能源,卻可以轉換能源,僅需要持續的補充燃料與氧化劑,即可連續運轉發電。且燃料電池所補充的燃料與氧化劑並不經過燃燒反應的過程,而是發生電化學反應產生電流。原理為利用水的電解逆反應來發電,工作時向負極供給燃料(氫),向正極供給氧化劑(空氣),氫在負極分解成正離子和電子,氫離子進入電解液中,而電子則沿外部電路移向正極,用電的負載就接在外部電路中。在正極上,空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達正極上的電子形成水。該產品與鋰電池不同之處在於正、負極材料不包含活性物質,僅起催化轉換作用。
近年來因全球環保議題升高及能源不足等壓力下,燃料電池研發議題也隨之重視。
燃料電池優點
(一)可透過氫能源進行反應發電,比傳統石化燃料且有低汙染、高效率等特點。亦可結合結合核能、生質能、太陽能、風能等,將能源使用上具有多元化、可再生及永續使用等特性。
(二)燃料電池組成材料簡單且結構具有模組化,可廣泛擴大應用範圍。
燃料電池缺點
具有使用成本高和需要相配套設施建設。由於使用成本居高不下,造成啟動速度與內燃機引擎還有差距,加上材料無法直接利用,以及儲氫技術的制約和氫燃料基礎建設不足,仍需待國家政策、產業鏈條、基礎設施建設等多方面的準備,並及時制定完善的行業標準和規範。
燃料電池種類(依其電解質區分)
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磷酸
燃料電池
(PAFC) |
熔融碳酸鹽
燃料電池
(MCFC) |
固態氧化物
燃料電池
(SOFC) |
鹼性
燃料電池
(AFC) |
質子交換膜
燃料電池
(PEMFC) |
電解質 |
磷酸 |
熔融態碳酸鹽 |
二氧化鋯 |
氫氧化鉀 |
含氫離子之固態高分子膜 |
陽極 |
C(含Pt) |
Ni(含Cr、A1) |
Ni、Zr |
C(含Pt) |
C(含Pt) |
陰極 |
C(含Pt) |
NiO |
金屬氧化物 |
C(含觸媒) |
C(含Pt)、鉑黑 |
流動離子 |
氫離子 |
碳酸根離子 |
氧離子 |
氫氧根離子 |
氫離子 |
工作溫度 |
180~200度 |
最高至650度 |
最高至1000度 |
室溫至100度 |
室溫至80度 |
可用燃料 |
天然氣、甲醇、輕油 |
天然氣、甲醇、石油、煤炭 |
天然氣、甲醇、石油、煤炭 |
精煉氫氣、電解副產氫氣 |
天然氣、甲醇、汽油 |
池體材料 |
石墨 |
鎳、不鏽鋼 |
陶瓷 |
合成樹脂 |
石墨 |
反應物 |
H+ |
H2、C02/ CH4 |
O2- |
高純度H2 |
H+ |
發電效率 |
40~45% |
50~60% |
50~60% |
70% |
低於40% |
優點 |
對二氧化碳不敏感 |
1.可用空氣作為氧化劑
2.天然氣/甲烷為燃料 |
1.可用空氣作為氧化劑
2.天然氣/甲烷為燃料 |
1.啟動速度快
2.可在室溫常壓下工作 |
1.壽命較長
2.可在室溫下工作
3.啟動速度快
4.輸出功率可隨意調整等 |
缺點 |
1.對一氧化碳敏感
2.低於峰值功率輸出時性能下降 |
工作溫度較高 |
工作溫度較高 |
需以純氧做氧化劑 |
1.對一氧化碳敏感
2.反應物需加濕
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