汽車新技術探討 - 燃料電池

班級：車輛三甲學號： 49915055姓名：洪瑋志指導老師：吳宗霖

前言• 近幾年來，由於燃料電池（ Fuel Cell ）技

術創新突破，再加上環保問題、能源不足等多重壓力下，國際間政府、汽車、電力、能源產業等單位，漸漸重視燃料電池科技發展，而國內也處於相同情況。

燃料電池的演進 燃料電池（ fuel cell ）是一種將燃料的化學

能，透過電化學反應直接轉換成電能的裝置。該系統是使用稀釋的硫酸當做液態電解質，成功地產生電能。經過不斷的研究，能司特在一八九九年，首度發現固態電解質的導電行為。而第一個陶瓷型燃料電池則在一九三七年，由鮑爾與葡來司首先示範成功。

理論探討

燃料電池的種類• 以燃料電池之電解質（ electrolyte ）

來區分，它可分為五種。

（ 1 ）鹼性燃料電池（ Alkaline Fuel Cell, AFC ） （ 2 ）質子交換膜燃料電池（ Polymer

Electrolyte Fuel Cell, PEFC; Solid Polymer Electrolyte Fuel Cell, SPEFC; 或 Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC ）

（ 3 ）磷酸燃料電池（ Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC ）

（ 4 ）熔融碳酸鹽燃料電池（ Molten

Carbonate Fuel Cell, MCFC ） （ 5 ）固態氧化物燃料電池（ Solid Oxide

Fuel Cell, SOFC ）

以溫度分類 ，可分為三種 高溫型、中溫型、低溫型。

低溫型 ─ PEMFC(80-100oC) AFC(60-220oC) PAFC(180-200oC)

中溫型 ─ MCFC(650oC)

高溫型 ─ SOFC(1200oC)

質子交換膜燃料電池工作原理質子交換膜型﹝ PEMFC﹞ 其反應式如下：• 陽極 H2 +   →   2H   +   2e-• 陰極 1/2   O2   +   2H+   +  2e-   →   H2O• 全反應 1/2  O2   +   H2   →  H2O 質子交換膜型﹝ PEMFC﹞ 燃料電池為了加速

電極的反應，電極中通常會加入催化劑如鉑﹝白金﹞，但由於 PEMFC 內需含水分，所以操作溫度必須控制在 100℃ 以下，此時鉑容易產生不完全反應並製造出一氧化碳﹝ CO﹞ ，進而失去催化的效果，因此多加入銠或銥等貴金屬於鉑之中，如此一來成本就向上攀升。

再生氫氧燃料電池工作原理 再生氫氧燃料電池將水電解技術 ( 電能

+2H2O→2H2+O2) 與氫氧燃料電池技術(2H2+O2→H20+ 電能 ) 相結合 , 氫氧燃料電池的燃料 H2 、氧化劑 O2 可通過水電解過程得以「再生」 , 起到蓄能作用。可以用作空間站電源。

固態氧化物燃料電池工作原理 掌握 LSM 陰極， Ni-YSZ 陽極及高溫密封材

料的制備工藝。開發出中溫 SOFC 用大面積Ni-YSZ 多孔陽極基膜和負載 YSZ 緻密膜以及電極 - 膜三合一的制備工藝，制備的負載YSZ 緻密膜厚度小於 10μm 。中溫 SOFC 在800℃ 時的功率密度達到 0.15W/cm2 。目前正在進行千瓦級電池組的開發。

熔融碳酸鹽燃料電池工作原理 熔融碳酸鹽燃料電池是由多孔陶瓷陰極、

多孔陶瓷電解質隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構成的燃料電池。其電解質是熔融態碳酸鹽。反應原理示意圖如下：陰 極： O2 + 2CO2 + 4e - →2CO32-陽 極： 2H2 + 2CO32- → 2CO2 + 2H2O + 4e–總反應： O2 ＋ 2H2 → 2H2O

結論• 燃料電池所使用的氫可取自天然氣、丙烷、

甲醇、汽油、柴油、煤以及再生能源。燃料來源的多樣化有利於能源供應安全和利用現有的交通基礎設施 ( 如加油站等 ) 。

• 從能源或環保的角度來看，燃料電池在未來都具有舉足輕重的地位，因此燃料電池相當值得關心。

參考資料• http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%87%83%E6%96%99%E9%

9B%BB%E6%B1%A0• http://www.tfci.org.tw/caseinfo/report.asp• http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1005

022305730• http://www.epochtimes.com/b5/6/12/4/n1544048.htm• http://www.che.yuntech.edu.tw/Functional%20polymer%20L

a/fuel%20cell%20good%20point.htm