燃料電池簡介.

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1 燃料電池簡介

2 燃料電池發展史 1839年Grove將二條白金分別放入二個密封的瓶中，一個瓶中充滿氫氣，另一個充滿氧氣，當這二個容器浸入稀硫酸溶液時，電流便開始在二個電極之間流動，裝有氧氣的瓶中產生了水，而為了提高整個裝置所產生的電壓，Grove將四組這種裝置串聯起來，他將這種電池稱作「氣體電池」。 氣體電池實驗

3 燃料電池發展史 1932年，培根根據A.Schmid所提出的多孔結構之氣體擴散概念而開發出雙孔電極，並將Mond和Langer所發明的裝置加以改良，包括採用比較廉價的鎳網取代白金電極，以及用不易腐蝕電極的鹼性電解質-氫氣化鉀取代硫酸電解質，這種裝置又稱作培根電池，也是世上第一個鹼性燃料電池。

4 燃料電池發展史 1972年杜邦公司發展高分子電解隔膜 Nafion 。作為燃料電 池電解質材料。
1993年代加拿大巴拉德動力系統公司推出第一輛以質子交換 膜燃料電池(PEMFC)動力的車輛。

5 燃料電池工作原理圖 陽極反應： 陰極反應： 總反應：

6 傳統發電與燃料電池發電原理 傳統熱機發電必須先將燃料之化學能經由燃燒而轉變成熱能，再利 用熱能製造高壓及高溫的水蒸氣來推動渦輪機，使熱能轉換為機械能， 最後再將機械能轉換成為終端使用之電能。 傳統熱機發電： 化學能 熱能 機械能 電能 燃燒 燃料電池是直接將燃料的化學能轉變為電能。 燃料電池發電： 電化學反應 化學能 電能

7 燃料電池結構 雙極板 氣體擴散層 O2 端板 膜電極 密封墊片 H2 端板

8 薄膜電極組 (MEA)

9 薄膜電極組 (MEA) 薄膜電極組包含質子交換膜、觸媒層與氣體擴散層，但視 定義層數則可包含氣封墊片： MEA層數定義：
3層：質子交換膜 (1) + 觸媒層 (2) 5層：質子交換膜 (1) + 觸媒層 (2) + 氣體擴散層 (2) 7層：質子交換膜 (1) + 觸媒層 (2) + 氣體擴散層 (2) + 氣封墊片 (2) 9

10 雙極板 雙極板在兩面分別佈置氫氣與氧氣之流道，因 此兼具陰極與陽極之功能，故此稱之。 雙極板主要功能：
電流的收集傳送 反應氣體的均勻分佈 隔離反應氣體，故又稱分隔板（separator plate） 水熱的管理 支撐基本的結構 雙極板佔據了電池組的大半部分，是影響整體 功率密度與成本的關鍵組件。

11 雙極板 雙極板材質特性： 雙極板主要材料分為： 雙極板必須具氣密性，藉以分隔反應氣體。 具備足夠之機械性質。 電與熱之傳導性良好。
雙極板在電池組重量中佔有比例高，必須加以輕量化。 優良之加工性以配置流體通道，並使反應氣體分佈均勻。 雙極板在所處工作電位範圍內具有抗腐蝕能力。 雙極板主要材料分為： 高緻密石墨板（graphite） 複合碳板（carbon composite） 金屬板（metal）

12 雙極板 - 材質比較 優 點 缺 點 高緻密碳板 複合碳板 金屬板 耐腐蝕，導電度佳，比重 較低 氣密性佳，價格便宜，易 量產
優 點 缺 點 高緻密碳板 複合碳板 金屬板 耐腐蝕，導電度佳，比重 較低 多孔性材質，成本高，材質 較脆，硬度較高，加工困難 氣密性佳，價格便宜，易 量產 導電率較差，耐溫較低 易量產，降低厚度與重量 需使用耐蝕金屬或鍍膜