燃料電池的發(fā)展現(xiàn)況

1、燃料電池的發(fā)展現(xiàn)況燃料電池的基本組件包括正極（Anode）、負極（Cathode）、電解質(zhì)（Electrolyte）、燃料流場板（Gasdistributor）與電流收集器（Current Collector）等。以氫氣為燃料、空氣中的氧氣為氧化劑，把燃料中的化學能通過電化學反應轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置，除了產(chǎn)生電能以外只排放出凈水，具有以下幾個特點：低污染：燃料電池沒有二氧化碳及含硫的問題，更沒有核能發(fā)電廢料的問題，比一般傳統(tǒng)火力發(fā)電方式更清潔。用氫氧與空氣作為燃料與氧化劑，其生成物只有水和熱。高效能：和一般傳統(tǒng)的發(fā)電方式不同，燃料電池直接將燃料中的化學能轉(zhuǎn)化成電能，故不受卡諾循環(huán)的限制，理論上

2、能量轉(zhuǎn)換效率可達到80%。無噪音：燃料電池發(fā)電本體在發(fā)電時，不需其他移動機件的配合，因此沒有噪音問題。用途多樣化：燃料電池所能提供的電力范圍相當廣泛，小至手機大至萬瓦發(fā)電廠，都在其適用范圍內(nèi)。不需沖電：一般電池是將能量貯于電池本體中，用完后即舍棄，或充電后再重復使用，燃料電池是由燃料中的化學能提供能源，只要持續(xù)不斷地供給燃料，燃料電池變可以不停地發(fā)電。燃料資源多：只要含有氫原子的石化能源如石油、天然氣、煤炭、沼氣、酒精與甲醇等，通過一個轉(zhuǎn)換器，都可作為燃料電池的能源進料。目前更有利用高壓鋼瓶或金屬氫化物等儲氫材料制成的儲氫卡匣，成為燃料電池電力組，可取代一般的蓄電池，因此被視為節(jié)能、無污染的最

3、佳解決方案。 目前燃料電池在技術(shù)上依照電解質(zhì)及電極材料的不同，主要被發(fā)展的共有質(zhì)子交換膜燃料（PEMFC）、磷酸型燃料（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料（MCFC）、固態(tài)氧化物燃料（SOFC）以及堿性燃料（AFC），其性能及架構(gòu)如下表所示：燃料電池發(fā)展現(xiàn)況電池種類質(zhì)子交換膜燃料碳酸型燃料熔融碳酸鹽燃料固態(tài)氧化物燃料堿性燃料電力密度（W/Kg）300-1000100-22030-4015-2035-105發(fā)電效率（%）40-6035-6045-6050-6045-60發(fā)電范圍250KW10MW2MW10MW80KW啟動時間幾分鐘2-4小時>10小時>10小時幾分鐘操作溫度（）25-1051

4、80-220600-700750-100050-200主要應用太空、運輸、攜帶裝置電力適用范圍廣分布式電廠等大型發(fā)電分布式電廠，住家太空、運輸燃料電池現(xiàn)況：日本曾預測下個世紀的能源供應將由石化燃料轉(zhuǎn)變?yōu)闅淠艿纳鐣?，其中氫能轉(zhuǎn)換成電能的主要裝置就是燃料電池。燃料電池因具有干凈、環(huán)保與能源轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點，燃料電池的商品化發(fā)展十分看好，目前商業(yè)之應用如日本以燃料電池作為市區(qū)電力負載管理工具；德國燃料電池動力潛水艇；美國采用汽電共生方式作為醫(yī)院、飯店、建筑物之供電；加拿大推出燃料電池的巴士；福特、寶士、豐田等汽車大廠相繼推出燃料電池電動車。國內(nèi)燃料電池產(chǎn)業(yè)近年來也加速發(fā)展，譬如亞太燃料電池與杜邦建立

5、合作關(guān)系，主要在開發(fā)燃料電池如電動機車；3C應用方面，騰光科技結(jié)合南亞電路板、奇宏科技與思柏科技組成研發(fā)聯(lián)盟，開發(fā)筆記本型電腦用直接甲醇燃料電池電力組（DMFC）。上述五種電池中以質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)為車用電池的首選，具有電力密度高和啟動快的能夠特點。目前，國際上車用電池技術(shù)領(lǐng)先者為加拿大Ballard公司和德國Daimler Chrysler公司技術(shù)合作所開發(fā)出的車用電池，另外其他公司如Honda、GM、Ford、也紛紛推出自有品牌如FCX、FCHV、Hydrogen等系列的燃料電池，加快燃料電池實現(xiàn)商業(yè)化的腳步。根據(jù)集邦科技預測，全球燃料電池市場需求成長至2009年約25.8億美元，預計

6、2014年世界燃料電池需求可達到135.5億美元，復合平均年增率43%，其中以發(fā)電系統(tǒng)市占率51.7%最高，其次為可攜式電子產(chǎn)品占25.9%、產(chǎn)業(yè)用定置型發(fā)電系統(tǒng)及叉舉車等特定用途動力系統(tǒng)12%、汽機車3.8%等，并以可攜式電子產(chǎn)品之需求值平均年增率64.6%成長速度最快。燃料電池方面的挑戰(zhàn) 盡管燃料電池具有節(jié)能零污染材料取得方便的優(yōu)點，但在制作技術(shù)上仍面臨電池耐久性與高成本的挑戰(zhàn)，耐久性短的原因在于車輛使用狀況對燃料電池的影響，如頻繁的發(fā)動次數(shù)、車速快速切換、車子不穩(wěn)定駕駛、低溫的行駛環(huán)境等都容易造成電池的損壞，針對此問題，福特和克萊斯勒推出PHEV油電混合車電動車，使車子能在穩(wěn)定的環(huán)境下進

7、行操作，但仍無法避免低溫和難質(zhì)環(huán)境下電池損耗的問題。在成本方面則面臨用來當做催化劑的貴金屬鉑成本居高不下，儲氫罐的體積龐大且價格昂貴，運輸成本大，以及加氫站等配套設施建設費用高皆使的燃料電池發(fā)展遭遇阻礙，有賴未來技術(shù)改良提出更好的解決方案。 目前一輛燃料電池車價格約14,300美元，相當于臺幣500萬元，其價格遠高于一般車款，無法被大眾接受，因此中長期來看尚無法一般化，故燃料電池的商業(yè)化普及使用被各國視為長期發(fā)展目標。 各種燃料電池的種類與特性電池種類堿性燃料電池（AFC）質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）磷酸燃料電池（PAFC）熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）固態(tài)氧化物燃料電池（SOFC）電解質(zhì)

8、KOH含氟質(zhì)子交換膜H3PO4Li2CO3-K2CO3ZrO2陽極C（含Pt）C（含Pt）C（含Pt）Ni（含Cr、Al）金屬（Ni、Zr）陰極C（含觸媒）C（含Pt）、鉑黑C（含Pt）NiO金屬氧化物如LaMnO4導電離子OH-H+H+CO32-O2-工作溫度室溫2000C1602200C60010000C燃料純氫氫氣、甲醇氫氣天然氣、沼氣、氫氣、煤氣天然氣、沼氣、氫氣、煤氣氧化劑純氧空氣、氧氣、空氣、氧氣、空氣、氧氣空氣、氧氣特性1. 使用高純度氫氣作為燃料。2. 低腐蝕性及低溫較易選擇材料1. 功率密度高、體積小、重量輕。2. 低腐蝕性及低溫，較易選擇材料。1. 進氣中CO會導致觸媒中毒

9、。2. 發(fā)熱可予利用。1. 不受進氣CO影響。2. 反應時需循環(huán)使用CO2。3. 發(fā)熱可利用。1. 不受進氣CO影響。2. 高溫反應，不需依賴觸媒的特殊作用。3. 發(fā)熱可利用。優(yōu)點1. 啟動快。2. 室溫常壓下工作。1. 壽命長。2. 可用空氣做氧化劑。3. 室溫工作。4. 功率大。5. 啟動迅速。6. 輸出功率可隨意調(diào)整。對CO2不敏感1. 可用空氣作氧化劑。2. 可用天然氣或甲烷作燃料。1. 可用空氣做氧化劑。2. 可用天然氣或甲烷作燃料。缺點1. 需以純氧做氧化劑2. 成本高1. 對CO非常敏感。2. 反應物需要加濕。1. 對CO敏感。2. 工作溫度高。3. 成本高。4. 低于峰值功率輸出特性能下降。