低溫型燃料電池.

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1 低溫型燃料電池

2 質子交換膜燃料電池

3 質子交換膜燃料電池工作原理圖 陽極反應： 陰極反應： 總反應：

4 PEMFC單電池及電池堆 PEMFC單電池 PEMFC電池堆

5 1.2 kW質子交換膜燃料電池 1.5kW質子交換膜燃料電池

6 壽命長、功率密度高、可用空氣作氧化劑、啟動快、可在室溫常壓下工作
質子交換膜燃料電池 (Proton Exchange Membrane Fuel Cell ， PEMFC) 材料 PEMFC 電解質 高分子 作用離子 氧化劑 空氣、氧氣 工作溫度 30-80℃ 可用燃料 天然氣、甲醇 優點 壽命長、功率密度高、可用空氣作氧化劑、啟動快、可在室溫常壓下工作 缺點 對CO非常敏感、成本高 用途 家庭用、車用、可移動式電源

7 質子交換膜 質子交換膜(proton exchange membrane)之功用： 固態電解質（electrolyte），提供質子通道
隔絕反應氣體流通 傳遞水 質子交換膜之特性： 高質子傳導率與低氣體滲透率 高熱穩定性與化學穩定性 高含水性 具一定機械強度 電子絕緣性

8 質子交換膜 質子交換膜是PEMFC之核心元件，其性能優劣對燃料電 池性能影響極大。 水對質子交換膜操作之影響：
過乾：質子傳導率降低，因此必須濕潤。 過濕：膜易變形，過多水份將影響反應氣體擴散。 厚度約在25μm～200μm。 商業化質子交換膜： 杜邦（DuPont）發展之全氟型聚合物Nafion117。 Dow、Gore、日本Asashi、加拿大Ballard皆有生產 商用質子交換膜。

9 質子交換膜技術研發方向 降低厚度 成本降低 提高膜材之操作溫度 降低膜材對反應物分子的通透性

10 觸媒層 觸媒層（catalyst layer）： 鉑（Pt）是目前氫氧化與氧還原最佳的催化劑。
PEMFC使用之Pt含量由80年代之10mg/cm2已降至約 0.1mg/cm2之量階。 一般製作，將鉑混合碳黑及添加劑，形成漿料，再將漿 料塗佈在質子交換膜上，塗佈厚度約在5μm～40μm。 亦有將觸媒塗佈在電極上。 目前觸媒層之發展已經分別在陰極與陽極使用不同之觸媒， 依普遍認知，陰極使用鉑，陽極使用鉑銠 (PtRu) 合金， 主要原因為避免鉑受到一氧化碳毒化問題。 氫氧化 氧還原

11 氣體擴散層 氣體擴散層（GDL，Gas Diffusion Layer）功用為： 將電流傳導至雙極板。 協助氣體擴散至觸媒表面。 電流
氣體擴散層材質之特性： 導電性材質。 多孔性材質。 疏水性（hydrophobic）材質，便於水管理。 目前氣體擴散層材料多使用碳布（carbon cloth）或 碳紙（carbon paper）。 厚度在200μm～500μm間。 電流 氣體擴散 導電性 多孔性 疏水性

12 其他組件：氣封墊片 目前使用較多的是矽橡膠材料，因其彈性佳，密封 性高且價格較便宜。而且以熱塑性 (thermoplastic)矽橡膠更加容易配合量產化製程。 矽橡膠

13 其他組件：端板與集電板 集電板 端板

14 直接甲醇燃料電池

15 直接甲醇燃料電池可提供無電網環境電力直接供應 的便利性，甲醇燃料攜帶方便且能量密度高，適合 戶外無電網環境使用，DMFC系統可作為個人隨身可 攜之發電機，透過甲醇燃料補充，提供個人或群組 所需之備用電力，解決即時電力需求的窘境。 

16 直接甲醇燃料電池

17 直接甲醇燃料電池與太陽能電池混合式移動電源
小型直接甲醇燃料電池 直接甲醇燃料電池與太陽能電池混合式移動電源

18 直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell ， DMFC)
材料 DMFC 電解質 高分子 作用離子 氧化劑 空氣 工作溫度 40—80℃ 可用燃料 甲醇 優點 啟動快、可在室溫常壓下工作、不需要燃料重組器 缺點 對CO非常敏感、發電效率低 用途 可攜帶式機器電源