天工開(kāi)源教具系統(tǒng)未來(lái)以氫能源循環(huán)的方式提供潔凈能源供人類(lèi)使用

1、天工開(kāi)源教具系統(tǒng)未來(lái)以氫能源循環(huán)的方式提供潔淨(jìng)能源供人類(lèi)使用，首先，由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成 電再進(jìn)一步分解水成氧氣與氫氣，而氫氣經(jīng)過(guò)妥善的儲(chǔ)存與運(yùn)送，最後用於燃料 電池發(fā)電，發(fā)電後的副產(chǎn)物水又再重新的回歸大地，這種毫無(wú)污染的能源供應(yīng)方 式，可以使得能源生生不息，地球得以永續(xù)發(fā)展。光-電：即通過(guò)太陽(yáng)電池直接將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苤绷麟?，太?yáng)電池是半導(dǎo)體製作的元件，其發(fā)電原理是使太陽(yáng)光照射在太陽(yáng)光電池上，讓半導(dǎo)體材 料吸收0.22.4mm波長(zhǎng)的太陽(yáng)光，產(chǎn)生電子-電洞對(duì)。電子-電洞對(duì)因p-n 接面電場(chǎng)而分離形成光電壓，再經(jīng)由導(dǎo)線(xiàn)傳輸至負(fù)載使用。由於太陽(yáng)電池 產(chǎn)生的電是直流電，因此假設(shè)需提供電力給家電用品或各

2、式電器則需加裝直 /交流轉(zhuǎn)換器，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，才能供電至家庭用電或工業(yè)用電。儲(chǔ)存氫：目前最新且具發(fā)展性的儲(chǔ)氫材料包括了石墨奈米纖維、奈米碳管、合金 粉末等等，利用這些材料吸附氫，儲(chǔ)於鋼瓶中，不但體積儲(chǔ)氫密度高、 不需要高壓容器和隔熱容器，且平安性高，增加了氫能的應(yīng)用性。燃料電池：燃料電池與一般電池最大不同的地方，在於一般電池的反應(yīng)物是存放在 電池內(nèi)部，而燃料電池的燃料則是從外面輸送進(jìn)去的，只要一直供應(yīng)燃 料，燃料電池即可持續(xù)發(fā)電功能。跟一般電池相似的地方，則是兩者的 裝置都有陰正、陽(yáng)負(fù)兩個(gè)電極與電解質(zhì)，燃料電池中陽(yáng)極的氫氣 失去電子產(chǎn)生氫離子，經(jīng)由電解質(zhì)移動(dòng)到陰極與氧氣以及流回的電子反

3、 應(yīng)形成水，並產(chǎn)生電力。此外反應(yīng)假設(shè)要在室溫下進(jìn)行，電極中還須有催 化劑，幫助加速氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行。燃料電池因?yàn)殡娊赓|(zhì)的不同，而 有許多種不同的燃料電池。目前較具發(fā)展?jié)摿Φ娜N燃料電池有：質(zhì)子 交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池以及固態(tài)氧化物型燃料電池。*CKyflwnMAnode陽(yáng)極反應(yīng)式：2H2 4H* + 4e陰極反應(yīng)式：02 + 4H+ + 4e- 2H2O全反應(yīng)：2H2 + 02 2H2O+電力+廢熱氫能發(fā)電機(jī)教具系統(tǒng)燃料電池與內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)一般，屬於開(kāi)放系統(tǒng)，在燃料電池運(yùn)作的同時(shí)， 須有質(zhì)量、能量、動(dòng)量進(jìn)出燃料電池系統(tǒng)，以維持能源轉(zhuǎn)換。當(dāng)燃料電池發(fā)電作 工時(shí)，需有燃料及氧化劑供應(yīng)，

4、同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生電力、水與熱。為了持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生 電力，系統(tǒng)必需要能穩(wěn)定地供應(yīng)燃料及空氣外，還要能有效排放水分及廢熱，才 能使燃料電池穩(wěn)定發(fā)電。所以燃料電池系統(tǒng)除燃料電池組本體外，還要有燃料及 空氣供應(yīng)、與水分及生成熱之平衡控制、電力轉(zhuǎn)換等各次系統(tǒng)互相搭配，才能維 持燃料電池系統(tǒng)動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)之正常運(yùn)作。以下為本系統(tǒng)之運(yùn)作控制流程：氫氣的來(lái)源是來(lái)自於低壓金屬儲(chǔ)氫罐，先經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥把壓力調(diào)整到約 10psi,再調(diào)整燃料電池反應(yīng)所需的氣體流量進(jìn)入燃料電池(在燃料電池的氫氣 出口端與入口端皆有壓力感知器以讓使用者知道壓力變化的情形)?？諝鈩t來(lái)自於鼓風(fēng)機(jī)，空氣在進(jìn)入燃料電池組前會(huì)先進(jìn)行加濕後，在燃料電池組內(nèi)氫氣

5、和空 氣會(huì)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，電子自陽(yáng)極流出至燃料電池外部電路，作工之後自陰極流 入燃料電池，氫質(zhì)子則移動(dòng)至薄膜另一側(cè)的陰極 (H22H+ + 2e-);氧分子在陰極 還原氧離子，並與移動(dòng)過(guò)來(lái)的氫質(zhì)子與燃料電池外部電路流入的電子相結(jié)合形成 水分子(1/2 02 + 2H+ + 2e H2 0)，此時(shí)在陰極會(huì)產(chǎn)生大量的水，同時(shí)在陽(yáng)極 也會(huì)產(chǎn)生水逆滲透的反應(yīng)，故陽(yáng)極也會(huì)產(chǎn)生多餘的水，再藉由燃料的吹動(dòng)和自動(dòng) 洩?dú)庖耘懦谌剂想姵亟M內(nèi)的水份。此時(shí)，燃料電池產(chǎn)生的電可用來(lái)驅(qū)動(dòng)小火車(chē) 的馬達(dá)及電子產(chǎn)品等，而且燃料電池組產(chǎn)生的水與熱，也會(huì)藉由導(dǎo)管把的引出 讓民衆(zhòng)感觸、體驗(yàn)到整體零污染的發(fā)電過(guò)程(蕭德仁，民96)。所以本系統(tǒng)可分為：燃料電池組、燃料供應(yīng)模組也就是供氫與供氣模組 加濕器、冷卻散熱模組及控制器等五大主要部份，並搭配多媒體動(dòng)畫(huà)教學(xué)影片 及監(jiān)控實(shí)驗(yàn)程式組合而成，其系統(tǒng)架構(gòu)外觀如圖 2 4。茲分別說(shuō) 明如下：燃料電池木車(chē)馬教具系統(tǒng)木車(chē)馬：相傳是春秋戰(zhàn)國(guó)工匠魯班發(fā)明的奇器。魯班為其行動(dòng)不便的母親所發(fā) 明，古書(shū)記載原由木頭人駕馭即可在無(wú)動(dòng)力裝置下行走。現(xiàn)代木車(chē)馬：由成功大學(xué)顏鴻森教授帶領(lǐng)研究群，成功復(fù)原古代文獻(xiàn)資料記載 具有真實(shí)馬匹行走步態(tài)功能的木車(chē)馬，材質(zhì)改用金屬並加上電池馬達(dá)， 而優(yōu)雅的