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燃料電池 ~質子交換膜燃料電池 學生:吳忠信(M9746215) 老師:蘇順發教授 大綱 1.前言 2.內容 3.質子交換電池簡介 4.結論 前言 1.燃料電池的起源…十九世紀初的C.F. Schonbein博士 1838年發現了燃料電池的電學反應，Grove爵士1839 年發明了燃料電池。因Schonbein博士發現實驗裝置 不需充電即可產生電流，將這種現象稱為「極化效 應」，也就是燃料電池的基礎。隨後Grove爵士逆推 水的電解過程，創造出世上第一個燃料電池，當時稱 之為「氣體電池」。 2.1889年，由L.Mond 和C.Langer提出「燃料電池」的 概念。利用不導電多孔材料浸在含電解質溶液中造出 似現代的燃料電池，接著利用空氣及工業煤氣分別取 代氧氣與氫氣製成第一個實用化的燃料電池裝置。 何謂燃料電池 燃料電池 （ Fuel Cell ）），是一種發電裝置， 是繼續添加燃料以維持其電 力，只要不斷地供應燃料， 就會持續地輸出電力。 其所需的 燃料是「氫」 、 甲醇、乙醇、天然氣或其他 的碳氫化合物，氧化劑則可 以用空氣中的氧，而副產物 是熱、純水或較少量的二氧 化碳，之所以被歸類為新能 源，原因就在此。 燃料電池種類 4. 可分為: 質子交換膜燃料電池（proton exchange membrane fuel cell， PEMFC）、 鹼性燃料電池（alkaline fuel cell，AFC）、 磷酸燃料電池（phosphoric acid fuel cell，PAFC）、 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）。 1. 2. 3. 燃料電池優缺點 1.優點:「 低污染」、「低噪音」、「用途廣」、 「高效率」、「免充電」 、 「進料多」 2.缺點:「反應及穩定性不一」、「成本高」 運作原理 電池有陰陽兩個電極，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。氫氣由燃料 電池的陽極進入，氧氣（或空氣） 則由陰極進入燃料電池。經催化 劑的作用，使得陽極的氫原子分 解成兩個氫質（proton ）與兩 個電子（electron ），質子， 被氧『吸引』到薄膜的另一邊， 電子則經由外電路形成電流後， 到達陰極。 質子交換膜燃料電池 在陰極催化劑之作用下，氫質子、 氧及電子，發生反應形成水分子， 因此水可說是燃料電池唯一的排 放物。燃料電池所使用的「氫」 燃料可以來自於任何的碳氫化合 物，例如天然氣、甲醇、乙醇 ( 酒精) 、水的電解、沼氣…… 等等。由於燃料電池是經由利用 氫及氧的化學反應，產生電流及 水，不但完全無污染，也避免了 傳統電池充電耗時的問題，是目 前最具發展前景的新能源方式 質子交換膜型氫氧燃料電池的結 構 基本比較 ＦＣ比較 應用 1. 質子交換膜燃料電池未來的設計主要應用在電動汽車、電動機車、電 動腳踏車及電動工具機的電池組中。 2. 電動汽車的製造商包括福特、本田與戴姆樂─克萊斯勒等主要汽車公 司，都已陸續開發出原型機，然而短期內燃料電池電動汽車，要取代現 有使用石化燃料的汽車，困難度仍相當高，主要原因為製造成本過高。 故中程計畫以油電混合的電動汽車較為可行，而長程規畫則以純燃料電 池電動汽車為主。 3. 至於電動機車的主要市場在亞洲，包括台灣、中國大陸、泰國與菲律 賓等，早期搭配傳統的鉛酸電池作為動力來源，然而由於電池性能與續 航力不足、車身過重、充電站不普遍及價格昂貴等缺點，使得該類型電 動機車失去競爭優勢。 結論 在新的能源時代中，氫能的使用與燃料電池的技術都 是注目的焦點，氫能的發展:製氫上面已有一定的技術， 在儲氫、運送氫氣上面也有一定的技術困難需要突破； 而燃料電池的發展上，也是在初開始的階段，在技術 的發展上有著無限的可能，如同與太陽能結合等；而 在不同的燃料電池，如PEMFC能快速啟動且可於 常溫操作，但是其成本太高和燃料的供應是目前最急 需克服的難題。 參考文獻 1.開創台灣Fuel Cell 產業發展的新契機, 2001國際燃料電池研討 會 2.左峻德，燃料電池之特性與運用，2001年 3.衣寶廉，燃料電池－高效、環保的發電方式，2003年 4.科學發展2003年7月，367期。楊志忠、林頌恩、韋文誠 台灣大學 材料科學與工程學系 謝謝您的聆聽!!