Transcript 潔淨能源-燃料電池

潔淨能源-燃料電池
（Fuel Cell）
地球的危機
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石化燃料經過燃燒後產生之廢氣，會導致
「溫室效應」讓我們面臨嚴雋的考驗
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地球的石油存量正快速消耗中，全球能源
頗有面臨枯竭之憂
「溫室效應」的原因
二氧化碳是地球暖化的主因
四種溫室氣體對地球暖化的貢獻
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保護地球氣候43屆聯合國大會決議(1988年3月)
索非亞協定(1988年11月)
海牙宣言(1989年3月)
赫爾辛基宣言(1989年5月)
那德威克宣言(1989年9月)
里約宣言(FCCC)：1992年6月
主要在管制二氧化碳之排放。
京都議定書(Kyoto Protocol)：1997年12月
簽署了一項具有法律約束力的「京都議定書」，
以規範工業國家未來溫室氣體減量目標及時程。
京都議定書（KP）主要內容
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減量時程與目標
制定「共同執行」、「清潔發展機制」、及
「排放交易」等三種彈性機制
原油即將耗盡的疑慮
全球原油已探明儲量分析
原油價格 屢創新高
你能想到的替代能源？？？
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水力和風力發電有地形上的限制。
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太陽能發電在能量的轉換效率上尚待突破
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核能發電有核廢料處置上的問題
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且上述均為集中式的發電系統，若經過長程的
電力傳輸也會造成大量的電力損耗
明日之星---燃料電池
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低污染
無噪音
免充電
高效率
壽命長
適用範圍廣
可以分散式供電
燃料電池的發展史
燃料電池的發電原理
運作原理與構造
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燃料電池是一種能源直接轉換裝置，能將含能
的燃料（如氫氣、甲醇）及氧化劑（空氣、氧
氣）直接經電化學反應方式藉由氫氣與氧氣結
合成水，讓化學能能夠直接轉變為電能。
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氫氣 + 氧氣 → 電力 + 水
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電池含有陰陽兩個電極，分別充滿電解液，
兩個電極間則為具有滲透性的薄膜所構成。
運作原理與構造
運作原理與構造
種類
鹼性燃料電池(AFC)
 質子交換膜燃料電池(PEFC)
 直接甲醇燃料電池(DMFC)
 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)
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鹼性燃料電池
質子交換膜燃料電池
直接甲醇燃料電池
磷酸燃料電池
熔融碳酸鹽燃料電池
固態氧化物燃料電池
各種燃料電池的特性(一)
電池種類
鹼性
(AFC)
質子交換膜
(PEFC)
磷酸
(PAFC)
熔融碳酸鹽
(MCFC)
固態氧化物
(SOFC)
電解質
KOH
含氟質子交換膜
H3PO4
Li2CO3-K2CO3
ZrO2
陽極
C(含Pt)
C(含Pt)
C(含Pt)
Ni(含Cr，Al)
金屬(Ni，Zr)
陰極
C(含觸煤)
C(含Pt)、鉑黑
C(含Pt)
NiO
金屬氧化物如
LaMnO4
流動離子
OH-
H+
H+
CO32-
O2-
操作溫度
室溫~100℃
室溫~80℃
180~200℃
~650℃
~1000℃
操作壓力
<60psia
<30psia
<120psia
<120psia
常壓
各種燃料電池的特性(二)
電池
種類
鹼性
(AFC)
質子交換膜
(PEFC)
磷酸
(PAFC)
熔融碳酸鹽
(MCFC)
固態氧化物
(SOFC)
可用
燃料
精煉氫氣
電解副產氫氣
天然氣、甲醇
汽油
天然氣、甲醇
輕油
天然氣、甲醇
石油、煤碳
天然氣、甲醇
石油、煤碳
池體
材料
合成樹脂
石墨
石墨
鎳、不鏽鋼
陶瓷
特性
1.需使用高純度
氫氣做為燃料
2.低腐蝕性及低溫
較易選擇材料
1.功率密度高，
體積小，重量輕
2.低腐蝕性及低溫
， 較易選擇材料
1.進氣中CO會
導致觸媒中毒
2.廢熱可予利用
1.不受進氣CO 影響
2.反應時需循環使用
CO2
3.廢熱可利用
1.不受進氣CO影響
2.高溫反應，不需依
賴觸煤的特殊作用
3.廢熱可利用
1.啟動快
2.室溫常壓下工作
1.壽命長
2.可用空氣作氧化劑
3.室溫工作
4.功率大
5.啟動迅速
6.輸出功率可隨意調整
1.對CO2不敏感
1.可用空氣作氧化劑
2.可用天然氣或甲烷
作燃料
1.可用空氣作氧化劑
2.可用天然氣或甲烷
作燃料
優點
各種燃料電池的特性(三)
電池種類
缺點
鹼性
(AFC)
1.需以純氧作
氧化劑
2.成本高
質子交換膜
(PEFC)
1.對CO非常敏感
2.反應物需要
加濕
磷酸
(PAFC)
1.對CO敏感
2.工作溫度高
3.成本高
4.低于峰值功率
輸出時性能
下降
熔融碳酸鹽
(MCFC)
工作溫度較高
固態氧化物
(SOFC)
工作溫度過高
電池內重組
可能性
不可能
不可能
可能
非常可能
非常可能
系統效率
40%
40%
40%
50%
50%
汽電共生
小型發電機組
分散型發電
太空船
分散型發電
用途
離島地區發電
潛水艇
移動式電源
移動式電源
運輸工具之電源
運輸工具之電源
汽電共生
汽電共生
分散型發電
分散型發電
取代大規模火力
發電
取代中規模火力
發電
燃料電池的應用
分散式發電系統：緊急備用發電機、
住宅用熱電共生系統、UPS
 運輸工具：汽車及巴士
 可攜式電源：NB、手機
 太空與軍事
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燃料電池的應用
燃料電池的應用
住宅用熱電共生系統
運輸工具
燃料電池-自動車
可攜式電源
燃料電池對世界的改變
2010的未來世界
參考資料
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台灣燃料電池資訊網http://www.tfci.org.tw/index.asp
元智大學燃料電池中心
http://www.fuelcells.org.tw/index.php
燃料電池自動車（FCV）と水素エネルギーの最新情
報と未来がわかる
http://www.jhfc.jp/tv/index.html#FC
先端科學
http://science.is.akitau.ac.jp/education/sentan/cell/index.html
日本ガス協会
http://www.gas.or.jp/fuelcell/contents/01_1.html