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燃料电池种类与应用 |
| 发布时间:2006年12月30日 点击次数:72 |
| 来源:中国台湾“工研院”IEK-ITIS计画 作者:萧瑞圣 |
目前燃料电池依其电解质的种类,可以区分为碱液型(AFC, Alkaline Fuel Cell)、磷酸型(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell)、溶解碳酸盐型(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell)、固体氧化物型(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)、质子交换膜型,其中碱液型燃料电池以碱性溶液做为电解质,只能应用于纯氢与纯氧的操作条件,早年应用在航天设备电力系统,磷酸型燃料电池以浓磷酸溶液为电解质,其运转温度约200℃,溶解碳酸盐型燃料电池作动温度达650℃,固体氧化物型燃料电池运转温度为1,000℃,热冲击(Thermal shock)大。 质子交换膜型燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell , PEMFC)属于二次电池,是一种电化学装置,以氢气与氧气反应的化学作用直接产生电力,不似内燃引擎的实际燃烧动作及产生废气排放。典型的燃料电池系统系藉由氢气燃料与氧气（来自空气）在电池内产生的电化学反应,除提供电力外,其副产物是废热（电化学放热反应及水排放）,燃料电池不同于一般的二次电池,无需充电,只要能适度提供燃料(如氢气或甲醇重组等)及空气,即可持续产生电力。质子交换膜型燃料电池的电流密度可达数mA~A/cm2,质子交换膜型燃料电池因具极低污染、高效率、常温作动(80℃以下)、快速激活优点,适合车辆动力需求,近年来逐渐朝可携带式(Portable)或静置型(Stationary)电力,未来极可能是低污染交通载具（巴士、汽车、机车或小型电动车辆）动力的主流。 二、质子交换膜型燃料电池关键零组件技术研发与课题 1)提升燃料电堆性能 提升燃料电堆(Fuel Cell Stack)功率输出密度,延长耐久性(汽车需能耐久5,000小时以上、且激活‧停止次数3~6万次/10年,质子交换膜的耐高温性‧低加湿化(Humidification)‧无加湿化‧减少白金被覆量(Coating load)‧开发白金替代触媒‧分隔板(Separator)轻量化‧薄型化设计等。 2)燃料供应重组器 提升耐久性、延长循环寿命、提升激活性能与反应性、小型化/轻量化、汽车用汽油重组器开发。 3)燃料供应储氢技术 以车辆可以行驶500km续航距离为例,研发可以储存5kg氢气的储存技术,有以下实施方法 >高压储氢:~70Mpa(10,000psig)高压储氢筒(目前使用方式,储氢筒强度问题) >液态氢气:蒸发氢气防漏失(Boil-off gas)对策 >储氢材料: 储氢合金(Metal hydride)、化学储氢材料、奈米碳管(Carbon Nano Tube , CNT)或碳储氢材料 4)燃料电池系统 燃料电池系统构造最佳化设计,耐久性,低温对策,激活性,运转负荷反应性,提升废热回收效率,提升副机效率等。 5)氢气燃料安全、氢气供应体系(Infrastructure)周边技术 氢气压缩机、电磁阀、高压储氢器与氢气供应体系仍然不足,氢气安全法规订定、氢气供应体系周边技术待建立。 |
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燃料电池系利用氢和氧进行化学反应来产生电力，应用范围涵盖分布式发电系统、UPS、运输工具、机器人、工具机械、可携式电子…等。目前有利于燃料电池发展之重要环境因素包括：其一为先进国家电力市场自由化趋势，鼓励供电系统可以接近电力网络终端消费者之分布式电源市场;预计至2020年，＜10MW分布式供电系统之新增装置量可由2005年全球占有率3%增为6%，达到185MW，平均年增率约14%，主要市场为电力事业与产业应用，此对可作为分布式供电之燃料电池发电系统之市场扩大极有帮助。其二为全球气候变化与环境议题逐渐受到重视，2005年2月正式生效的国际环保公约-「京都议定书」，全球已有141个国家签署，...... 世界电动汽车用燃料电池的研究开发情况
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