班級：日四技車輛三甲 姓名：曾思彬 學號：49715020 指導老師：吳宗霖 燃 料 電 池 班級：日四技車輛三甲 姓名：曾思彬 學號：49715020 指導老師：吳宗霖 

目錄 一、前言 二、燃料電池的演進 三、燃料電池的原理 四、燃料電池的特點 五、燃料電池分類 5-1依電解質區分 5-2依溫度區分 六、氫燃料電池原理 6-1 氫氣基本特性 6-2 生產方法 6-3 運輸技術 6-4 儲存系統 6-5 利用技術 6-6 安全特性 七、台灣燃料電池研發的現況 八、台灣各領域發展及應用 九、燃料電池車的發展方面與展望

前言 近年來國際能源價格飆漲，每桶原油已超越100美元，世界各國均面臨嚴峻考驗。台灣能源有99% 仰賴進口，能源結構中對煤的需求占34.6%、石油44.3%，而其經由燃燒排放的廢棄物對環境與人類健康均有不利的影響。

前言 前言(續) 於前瞻能源科技應用方面，近年由於燃料電池（Fuel Cell）技術不斷創新突破、京都議定書的溫室氣體減量等環保問題、以及在傳統化石能源面臨枯竭等多重壓力下，世界先進國家均加速潔淨能源的開發研究，由政府與民間共同推動氫能與燃料電池技術與產業之發展。「燃料電池」其實它並非電池，而是經由電化學反應之發電設備。由於燃料電池是高效率、低污染、多元化能源的新發電科技，而燃料電池的供氫系統發電，比傳統化石燃料更有潔淨與高效率的效益。

燃料電池的演進 英國法官威廉．葛羅夫爵士（Sir William Grove）在實驗中無意間發現，把水電解過程逆向操作，並把浸在硫酸溶液中一對鍍上一層鉑黑的白金絲電極接上負載以後，氫氣和氧氣即可因為電化學反應而產生直流電流，因而發明了燃料電池。  【燃料電池發現者與發明者圖】

【William R.Grove 爵士進行氣體電池實驗圖 】 燃料電池的演進(續) 【William R.Grove 爵士進行氣體電池實驗圖 】

燃料電池的原理 燃料電池的運作原理，也就是電池含有陰陽兩個電極，分別充滿電解液，而兩個電極間則為具有滲透性的薄膜所構成。 【燃料電池化學轉電能圖 】

燃料電池的原理(續) 氫氣由燃料電池的陽極進入，氧氣（或空氣）則由陰極進入燃料電池。經由催化劑的作用，使得陽極的氫原子分解成兩個氫質子（proton）與兩個電子（electron），其中質子被氧『吸引』到薄膜的另一邊，電子則經由外電路形成電流後，到達陰極。在陰極催化劑之作用下，氫質子、氧及電子，發生反應形成水分子，因此「水」可說是燃料電池唯一的排放物。

燃料電池的原理(續) 【氫氣原理圖一 】

燃料電池的原理(續) 【氫氣原理圖二 】

燃料電池的特點 高效率 減低空氣汙染 安靜 可靠性高

燃料電池種類 燃料電池的種類繁多，常用的分類方式有兩種： 第一種： 依電解質不同來做區分 第二種： 依溫度來區分

燃料電池種類(續) 鹼性燃料電池(AFC) 質子交換膜燃料電池(PEMFC) 磷酸燃料電池(PAFC) 熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 第一種：依電解質不同來做區分 鹼性燃料電池(AFC) 質子交換膜燃料電池(PEMFC) 磷酸燃料電池(PAFC) 熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 固態氧化物燃料電池(SOFC)

燃料電池種類(續) 低溫型 PEMFC(80-100oC) AFC(60-220oC) PAFC(180-200oC) 中溫型 第二種：依溫度來區分 低溫型 PEMFC(80-100oC) AFC(60-220oC) PAFC(180-200oC) 中溫型 MCFC(650oC) 高溫型 SOFC(1200oC)

燃料電池種類(續) 【依溫度區分圖二 】

氫燃料電池原理(續) 【氫氣燃料電池─工作原理圖】

氫燃料電池特性(續) 6-1 氫氣基本特性： 氫，一種無色、無臭、無味、無毒的可燃性氣體物質，最簡單的化學元素。 種類 溫度 (K) 蒸氣壓(kPa) 氫 氣 氘 氣 氚 氣 氫氣的沸點 20.38 101.3 34.01 19.24 氘氣的沸點 23.67 237.6 66.72 氚氣的沸點 25.04 323.0 147.9 氫氣的三相點 13.95 7.199 0.674 0.197 氘氣的三相點 18.73 59.63 17.13 8.012 氚氣的三相點 20.62 108.0 37.24 21.60

氫燃料電池特性(續) 6-2 生產方法： 第一類是由化石原料製氫，主要商業化的製程有： 蒸氣重組法(steam reforming) 部分氧化法(partial oxidation) 水煤氣法(coal gasification)等。

氫燃料電池特性(續) 第二類則為非化石原料製氫法，主要製程有： 水電解法(water splitting by electrolysis) 水光電解法(photoelectrochemical water splitting) 實驗室中少量製氫法等。

氫燃料電池特性(續) 6-3 運輸技術： 氫氣的運輸技術，可以分為境內氫氣運輸和境外氫氣運輸 境內氫氣的運輸技術以氫氣管線運輸為主，卡車運輸或火車運輸為輔助 境外的氫氣運輸技術則以船舶運輸為主

氫燃料電池特性(續) 6-4 儲存技術： 固定式大型儲存系統 固定式小型儲存系統 可移動式儲存系統 燃料用儲存系統 儲存 狀態 容器 狀態  容器  儲存之重 量效率(重 量分率%)  儲存之體 積效率 (kg/m3) 氣態 氫氣 鋼瓶 (150atm) 1.50 12.10 液態   13.00 46.90 鋁瓶 23.70 儲氫合金 吸放氣 1.045 35.29 微碳管吸 放氣 (113K， 54atm) 7.22 39.00

氫燃料電池特性(續)) 6-5 利用技術： 合成甲醇 合成氨 氫氣引擎 石化工業之應用 氫氧焰 燃料電池

燃料電池原理(續) 6-6 安全特性： 氫氣是一種無色、無味、無臭、無毒的可燃性氣體，相較於被普遍使用的液化石油氣（LPG）來說，氫氣是更安全的氣體 一氧化碳(CO)中毒症狀 空氣中之CO濃度  吸入時間與中毒症狀 0.02%  2~3小時，前頭部會輕微的頭痛。 0.04% 1~2小時，前頭痛、嘔吐。2.5~3.5小時，有後頭痛。 0.08% 45分鐘，會頭痛、眩暈、嘔吐。2小時就會意識不清。 0.16% 20分鐘，會頭痛、眩暈、嘔吐。2小時就會死亡。 0.32% 5~10分鐘，會頭痛、眩暈。30分鐘就會死亡。 0.64% 1~2分鐘，會頭痛、眩暈。15~30分鐘就會死亡。 1.28% 1~3分鐘就會死亡。

台灣燃料電池研發現況 ◎ 工研院能資所，規劃在未來4年內，開發3~5kw小型家用PEM燃料電池，包含電池堆、燃料重組器及關鍵材料。   ◎ 台灣經濟研究院預期將於2002年完成第四代燃料電池，量產應用於電動機車，其機車最終目標為：極速85km/hr、續航力160km、總重量100公斤以下，換氫氣罐時間五分鐘內。

台灣燃料電池研發現況(續) ◎ 中科院材料之研究領域則包含：電極觸媒、碳材電極、氣體擴展層(gas diffusion layer)、複合石墨雙極板，及電池堆設計開發。   ◎ 工研院材料所及核能研究所燃材組，也積極從事關鍵材料零組件研發工作，研發目標以應用家電、資訊、通訊(3C)電源供應產品為主。

台灣燃料電池研發現況(續) ◎ 學術單位方面，則有元智大學投入燃料電池應用領域的研究，其近程目標是PEM 燃料電池的研發；長程目標則是直接式甲醇燃料電池(DMFC)及固態氧化物燃料電池(SOFC)的研發。

台灣燃料電池研發現況(續) 供應鏈 原材料 （上游） 電池組件 （中游） 系統應用 （下游） 周邊商品 主要廠商 Membrane Stack FC系統 氫氣供應 安矩科技 台達電 思柏科技 三福氣體 南亞電路板 奇鋐 聯華 MEA 大同世界科技 亞東 光騰光電 能碩科技 中油 遠茂光電 博研燃料電池 甲醇供應 鼎佳 伊默克 觸媒 中興電工 揚光綠能 李長榮公司 亞太燃料電池 甲醇燃料罐 GDL 重組器 工研院 碳能科技 核研所 儲氫合金罐 雙極板 碧氫科技 真敏國際 川飛 盛英、鼎旭、恩良 熱交換器   高力熱處理

台灣各領域發展及應用 （一）定置型發電機組  《真敏國際10kW定置型燃料電池發電機》

台灣各領域發展及應用(續) 大同世界科技投入研發以甲醇或乙醇為燃料、功率1.5~5kW之重組器燃料電池發電機，以作為緊急備用與不斷電系統使用，目前已擁有多項燃料電池相關的專利，包括燃料電池、燃料電池系統、重組器、變頻器與重組觸媒等方面。  《大同世界科技氫能與燃料電池產品》

台灣各領域發展及應用(續) （二）小型可攜式電源 台灣在這部分主要以DMFC技術發展為主，而國內投入的廠商包括有思柏科技、奇鋐科技、揚光綠能、新普科技及核研所。其量產的FCS5為可用於工業及戶外的直接甲醇燃料電池，如緊急照明燈、GPS、無線寬頻路由器、行動數位影音電視、監視器及感應器等。  《思柏科技氫能與燃料電池產品 》

台灣各領域發展及應用(續) （三）輕型燃料電池車輛  《亞太燃料電池機車ZES V 》

台灣各領域發展及應用(續) （四）產氫與儲氫設施 光騰光電公司所開發的質子交換膜型水電解產氫器，在德國漢諾威「2009氫能暨燃料電池展」中首度展出（HGM氫氣產生器、HGM-600、HGL-1000）即接獲德國、英國、荷蘭、奧地利、挪威等多國客戶樣品訂單，主要訂單來自三個應用區塊，首先是結合風力、太陽能發電，搭配儲能供應燃料電池使用

燃料電池車的發展方向與展望 2009年發展及研發 製造商 車型 年度 數量 說明 戴姆勒克萊斯勒(美國) 汽車 2012 10,000 開始販售 戴姆勒克萊斯勒(德國) 2015   大量生產 福特汽車(美國) 快速商業化 通用汽車 (美國) 已具商業化能力 2025 本田(日本) 2010 12,000 (in USA) 開始生產 現代(韓國) 2009年道路測試 豐田(日本) 售價預估US$50,000 台灣 機車 30 社會實證

2009 廣州車展 Peugeot 207 Epure燃料電池車 燃料電池車的發展方向與展望(續) 2009 廣州車展 Peugeot 207 Epure燃料電池車

燃料電池車的發展方向與展望(續) 2009 上海車展 上氣榮威 Roewe

2009 上海車展 Hyundai Hybrid 現代車款 燃料電池車的發展方向與展望(續) 2009 上海車展 Hyundai Hybrid 現代車款

燃料電池車的發展方向與展望(續) Honda FCX Clarity

燃料電池車的發展方向與展望(續) Honda FCS

燃料電池車的發展方向與展望(續) 2010年發展及研發 Volvo C30 DRlVe

燃料電池車的發展方向與展望(續) 2012年奧運，倫敦燃料電池計程車

新世代巴士Credo E-Bone Concept 燃料電池車的發展方向與展望(續) 西班牙設計師Peter Simon 新世代巴士Credo E-Bone Concept  《車頂安裝巨型鋰離子電池》

2010巴黎車展：Jaguar C-X75 Concept 燃料電池車的發展方向與展望(續) 2010巴黎車展：Jaguar C-X75 Concept

燃料電池車的發展方向與展望(續) Ford Fusion 999 燃料電池車最高速度 最高速度達到了207.297 mph約等於333.612183 km/h 這是世界上首部超越200mph的燃料電池車款 由俄亥俄州立大學、加拿大Ballard Power Systems公司以及改裝套件廠商Roush Racing公司聯合開發而成。

參考文獻 衣寶廉：《燃料電池─高效、環保的發電方式》，五南 圖書出版 股份有限公司，2006年11月初版二刷。 衣寶廉：《燃料電池─原理與應用》，五南圖書出版股 份有限公司，2005年3月出版二刷。 黃鎮江：「燃料電池」，全華科技圖書股份有限公司， 2005。 台灣燃料電池資訊網 經濟部能源局

參考文獻(續) 台灣燃料電池夥伴聯盟，2009年 真敏國際股份有限公司 大同世界科技股份有限公司 亞太燃料電池科技股份有限公司 思柏科技股份有限公司 光騰光電股份有限公司 AutoNet汽車日報