固態氧化物燃料電池 Solid Oxide Fuel Cell 發 展 狀 況

大 綱 結 論 全球燃料電池應用系統之成長 全球燃料電池種類分析 燃料電池開發種類分析 全球各區域發展燃料電池之分析 大 綱 全球燃料電池應用系統之成長 全球燃料電池種類分析 燃料電池開發種類分析 全球各區域發展燃料電池之分析 SOFC製造商之技術指標 SOFC製造商之技術發展介紹 各種燃料電池高溫低溫操作之優缺點 結 論

全球燃料電池應用系統之成長 www.fuelcelltoday.com

全球燃料電池種類分析 www.fuelcelltoday.com

燃料電池開發種類分析 www.fuelcelltoday.com

全球各區域發展燃料電池之分析 www.fuelcelltoday.com

SOFC製造商之技術指標 製造廠商 技術 產品發電容量 市場 管型( 1000℃ ) 250kW – 5MW 發電機組、分散型電廠 Siemens Westinghouse 管型( 1000℃ ) 250kW – 5MW 發電機組、分散型電廠 SOFCo 平板式 ( 700 ~ 1000℃ ) 10 – 50kW 商業用HVAC Sulzer Hexis 圓盤型 1kW 偏遠、住宅 Ztek ( 1000℃ ) 25 – 50kW 用電力 Honeywell / Allied Signal 平板式與圓盤型 ( 600 ~ 800℃ ) 500W 可攜式電力

SOFC製造商之技術指標 製造廠商 技術 產品發電容量 市場 平板式 50 – 300kW 商用電力、偏遠、住宅用電力 Ceramic Fuel Cells (CFCL) 平板式 50 – 300kW 商用電力、偏遠、住宅用電力 Mitsubishi Heavy Industry 管型、波浪板型 較小 可攜式電力 Global Thermoelectric ( 700 ~ 1000℃ ) 2 – 10kW Technology Management 圓盤型 20 – 100kW 商業用HVAC

西門子西屋公司SOFC發電站發展現況 發電容量 25kW 100kW 220kW 系統型態 常壓型 電熱合併系統 SOFC/GT複合系統 進行日期 1997 1998 2000 發電效率 – 46 ﹪ 53 ﹪ 電池額定輸出功率 109kW 200kW 共生系統輸出功率 64kW 20kW(氣輪機)

西門子西屋公司SOFC發電站發展現況 製程 發電容量 25kW 100kW 220kW 電池直徑 16mm 22mm 電池管長 500mm 陰極 擠壓成型+燒結 雙極連接體 電漿噴塗 電解質 電化學蒸氣沉積 陽極

西門子西屋公司之熱電合併型SOFC www.siemenswestinghouse.com 1998年 燃料：天然氣 電池額定輸出功率 ：109kW 最高輸出功率 ：140kW 電池發電效率 ：46 ﹪ 系統熱電合併功率 ：173kW 總能量效率：75 ﹪ 測試運轉 ：16,667 hours www.siemenswestinghouse.com

SOFC/GT與高溫燃料電池以及 先進氣渦輪系統性能之比較

氣輪機組之功能 經由氣輪機組的壓縮機將空氣加壓送入SOFC，形成高壓型SOFC，使得電池內之反應氣體能夠充分反應，而提高燃料電池效率。 氣輪機出口的高溫燃氣可作為燃料與空氣等回熱或預熱之用，提高系統效率。 SOFC之出口未反應燃料氣體作為燃氣輪機的進口，可提高燃料利用率。

西門子西屋公司之SOFC/GT複合系統 www.siemenswestinghouse.com 2000年 燃料：天然氣 機組總輸出功率 ：220kW SOFC提供電力 ：200kW 微氣輪機提供電力 ：20kW 整個系統發電效率 ： 53 ﹪ 測試運轉 ：1,000 hours www.siemenswestinghouse.com

Global Thermoelectric From cells to systems : Progress to Date www.globalte.com

Global Thermoelectric Cell Development

Global Thermoelectric Cell Manufacturing Process Flow www.globalte.com

Global Thermoelectric SOFC 燃料電池堆之發展 SOFC Stack in 1998 SOFC Stack in 2002 www.globalte.com

Global Thermoelectric SOFC 燃料電池堆之裝配 characteristics : 內部有歧管 運轉溫度700 - 750 ℃ 不銹鋼材質 有壓縮力的密封 功率輸出1.6kW www.globalte.com

Global Thermoelectric Prototype Development 2kW Natural Gas Systems

Global Thermoelectric SOFC Prototype testing

SOFCo 聯盟平板式SOFC之研發 主要目的： 1. 整合製程與多層陶瓷技術減少製程步驟。 2. 改善電化學反應元件表面接觸以改善效率。 MTI：電池堆設計。 ART：發展電池堆製程技術。 Ceramatec：材料開發(離子導體陶瓷材料)。 主要目的： 1. 整合製程與多層陶瓷技術減少製程步驟。 2. 改善電化學反應元件表面接觸以改善效率。 3. 採用多層陶瓷製程技術應用在PEN板的製程。

Sulzer Hexis SOFC之發展 2002年： 推出商業化原型機HXS 1000 PREMIERE characteristics : 充分地運用SOFC的餘熱，將燃料電池電化學反應所產生的熱量經由儲水槽加以收集，或利用輔助燃燒器將未使用燃料氣體與空氣混和後加以燃燒後的熱量供給儲水槽，使得電熱合併效率可高達85% 。

HXS 1000 PREMIERE 2002年 燃料：天然氣 燃料電池輸出電力：1kW 燃料電池輸出熱功 ：2.5kW 輔助加熱器輸出熱功 電能效率：20 - 30﹪ 電熱合併效率：about 85﹪ 輸出電力型態：230V AC

各種燃料電池高溫低溫操作之優缺點 高溫的優點 低溫的優點 低溫的缺點 高溫的缺點 產生高溫的餘熱可再利用。 啟動速率快。 電極反應動力快速可用非貴金屬觸煤。 燃料可直接於電池內氧化。 直接在電池內進行重組反應。 高溫的缺點 啟動速率慢 , 腐蝕程度高。 須耐高溫材料。 各元件之間的熱膨脹度須匹配。 低溫的優點 啟動速率快。 電池所產生的水蒸 氣可用於重組器。 低溫的缺點 無法容忍重組氣體 內的雜質。

結 論 整合燃料電池材料技術與陶瓷製程技術，進一步降低成本。 運用回熱技術發展更高的電熱合併發電效率。 結 論 整合燃料電池材料技術與陶瓷製程技術，進一步降低成本。 運用回熱技術發展更高的電熱合併發電效率。 應用陶瓷膜製程備技術開拓應用於SOFC的製作使電池內部件薄膜化，降低電池的內阻，提高功率的輸出。