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| 攜帶型燃料電池技術之發展 | 2012/1/3 | ||
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在遙遠的非洲肯亞，一位名叫Evans Wadongo 的23 歲年輕人獲得2010年CNN 英雄獎的殊榮，在他的家鄉大部分人家的夜間照明都仰賴昂貴又不環保的煤油燈，有許多窮困的家庭甚至夜晚只能與月光相伴，更遑論小孩子是否有燈光可以讀書，因此激發他研發出價格低廉的太陽能燈，並成立“Use Solar ， Save Lives” 計畫 http://sustainabledevelopmentforall.org/)來幫助貧困的家庭。 而在同一個地球上，彷彿身處在世界另一端的我們，攜帶型電子產品如雨後春筍般地出現在人們四周，例如行動電話、MP3 、掌上型遊戲機、數位相機、攝影機及筆記型電腦等，這些產品已深入我們的生活中，成為不可或缺的隨身裝備，雖然這些電子產品帶給人們更便利的生活方式，但受限於二次電池的電容量，自由、便利的時間其實非常短暫，最終還是必須將充電線插上牆壁的插座。 質子交換膜燃料電池系統 質子交換膜燃料電池的簡單示意如圖一所示，其發電核心- 膜電極組(Membrane Electrode Assembly; MEA)兩側分別為陽極觸媒層與陰極觸媒層，中間為一質子交換膜，陽極燃料經陽極觸媒層催化反應後，生成氫離子與電子，電子經外部線路轉移到陰極，氫離子藉由質子交換膜傳送到陰極，陰極的氫離子與電子結合空氣，經還原反應生成水。 1. 質子交換膜燃料電池 使用氫氣為陽極燃料的質子交換膜燃料電池反應式如下： 陽極： H2 → 2H+ + 2e− 陰極： 1/2 O2→ H2O + 2H+ + 2e− 其最大優點為氫氣的反應速率極快，MEA 輸出功率高出直接甲醇燃料電池數倍，因此目前世界各大車廠研發中的燃料電池汽車，大多使用PEMFC 為電能來源，但是在攜帶型產品的應用上，氫氣的攜帶方式便成了一極大的問題。 一大氣壓的氣態氫氣能量密度僅有3 Wh/L ，以高壓儲氫罐或儲氫材料的攜帶方式，儲氫量與罐體的體積、重量表現均不符合攜帶型產品的應用需求，因此目前攜帶型的應用多朝“產氫”的方向發展。產氫的方式包括使用觸媒重組器將醇類、烷類化合物轉換成氫氣，以及金屬加水或氫化物加水產氫等兩種方法。 甲烷和甲醇是最常被用來重組產氫的碳氫化合物，甲烷為天然氣的主要成分，在常溫常壓下為氣體，如果要應用於攜帶型產品，除了攜帶保存不便外，體積能量密度也太低，因此通常用於定置型燃料電池系統上，例如日本從2002 年左右開始發展家庭用燃料電池系統，燃料電池規格約為0.7~1 kW 的最大輸出功率，燃料由天然氣管路輸送至家中，經重組器改質為氫氣，再供燃料電池系統使用。  圖二、攜帶型燃料電池XX25 2. 直接甲醇燃料電池 直接甲醇燃料電池的反應式如下： 陽極：CH3OH + H2→CO2 + 6H+ + 6e−O 陰極：3/2 O2→ 3H2O+ 6H+ + 6e− 為了維持反應持續且穩定地發生，陽極必須供應適當濃度的甲醇水溶液，而陰極必須提供足夠的氧氣。傳統的主動式直接甲醇燃料電池系統通常會在陰極出口設置冷凝器、水回收槽與水補充泵浦（圖六），將陰極產生的水回收至陽極再利用，陽極端就可以只補充高濃度甲醇，以提升實際操作的燃料能量密度。而陽極側則會配置燃料循環泵浦、燃料混合槽與甲醇補充泵浦，來維持陽極的甲醇水溶液在適當濃度。如此複雜的系統配置，無法滿足攜帶型產品在體積、重量、噪音及任意方向操作等方面的要求，因此攜帶型的直接甲醇燃料電池技術與傳統的系統配置有相當大的不同。 圖十二為工研院材化所於2010 年12月所公開的薄型化燃料電池模組，該模組內部採用材化所自行研發的可承受高濃度甲醇與耐環境變化之膜電極組，膜電極組可穩定輸出30 mW/cm2 ，容許操作溫度可放大至7~40°C；薄型化燃料電池模組整體尺寸略小於一張名片……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文  圖十二、工研院材化所之薄型化燃料電池模組 作者：康顧嚴、黃秋萍、蔡麗端、凌守弘、劉靜蓉、戴椿河、徐雅亭 / 工研院材化所 ★本文節錄自「工業材料雜誌301期」，更多資料請見：http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=9860 | |||
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