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能源科技之明日之星 - 燃料電池 江滄柳 國立成功大學 航空太空工程研究所
燃料電池之起源 ,[object Object],[object Object],[object Object]
燃料電池之工作原理
燃料電池在航太領域之應用 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
第一輛以燃料電池為動力之電動車 (NECAR1) Ballard Power System Co.  於 1993 年推出 續航力: 130 km ,極速可達 100 km/h
燃料電池發電具有高效率之特點 黃鎮江  (2005) 傳統熱機發電:化學能 ( 燃燒 )    熱能  機械能  電能 燃料電池發電:化學能 ( 電化學反應 )    電能
符合能源多元化及低污染之原則 ,[object Object],[object Object],[object Object]
燃料電池應用於 3C 產品比傳統電池更具優勢 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
燃料電池是 電池 或 發電機 ?
燃料電池依電解質種類區分 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
鹼性燃料電池  (AFC) ,[object Object],[object Object],[object Object],黃鎮江  (2005)
磷酸燃料電池  (PAFC) ,[object Object],[object Object],[object Object],黃鎮江  (2005)
磷酸燃料電池屬於高度成熟技術並 已商業化 ,[object Object],[object Object],Anchorage, Alaska
台灣電力公司設在樹林綜合電力研究所之 PAFC 示範發電廠
質子交換膜燃料電池  (PEMFC)   ,[object Object],[object Object],[object Object],黃鎮江  (2005)
PEMFC 之應用廣泛但成本高   ,[object Object],[object Object],[object Object],Fuel-Cell Powered Transit Buses in Chicago
   HONDA   FCX-V4 是美國 EPA 通過認證的第一輛燃料電池車 (PEMFC)   續航力: 315 km 極速:  140 km/h
傳統汽車引擎 燃料電池汽車引擎
The First Fuel Cell - Powered Auto to Cross the U.S.  :  NECAR5 利用甲醇重組製氫續航力: 480 km  極速為 150 km/h
德國的 212A 級潛艇是第一艘使用 燃料電池動力的潛艇
德國 212A 級潛艇 - 結合燃料電池與柴油發電機之混合推進系統
PEMFC 已應用在微型飛機上 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
直接甲醇燃料電池 ( DMFC ) ,[object Object],[object Object],[object Object],黃鎮江  (2005)
DMFC 已應用於多種 3C 產品 Fijitsu Laptop Hitachi PDA Toshiba Laptop NEC Laptop Samsung Laptop
熔融碳酸鹽燃料電池  (MCFC)   ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],黃鎮江  (2005)
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SOFC 可分管式及平板式兩種 黃鎮江  (2005)
管式 SOFC ,[object Object],[object Object],[object Object]
平板式 SOFC ,[object Object],[object Object]
SOFC-GT Hybrid System  之效率高 黃鎮江  (2005)
SOFC-GT  System
SOFC-GT  System  之優點 ,[object Object],[object Object],[object Object]
NFCRC 在 UC Irvin 校區之 SOFC/GT 發電站 ,[object Object],[object Object],[object Object]
 
    低溫燃料電池 ( 60—120℃ ) 中溫燃料電池 (160—220℃) 高溫燃科電池 (600—1000℃) 類型 AFC PEMFC DEMFC PAFC MCFC SOFC 應用 太空飛行、國防 汽車、潛水艇、攜帶式電子設備、住家電源 攜帶式電子設備、軍用電子設備電原 熱電合併電廠、複合電廠 熱電合併電廠、複合電廠 熱電合併 電廠、複 合電廠、 住家電源 開發的狀態 在太空飛行中的應用 3C 產品、汽車、公共汽車測試、 250kw 分散型電站 主要運用於手機、筆記型電腦電池等小型電池 商用 PC25 TM D 型,具有 200kW 功率,成本約為 1500kw 美元, 250kW 的 MCFC 結合 Turbine 複合發電測試, 3MW 的試驗電廠 110kW 的試 驗電廠 和 SOFC/GT 300kw 至 1MW 電廠 測試 特性 啟動快,不適合於工業應用 啟動快、與常規技術相比很貴 發電效率低且甲醇會穿透薄膜 發電效率相對較低 啟動時間長、腐蝕性電解液 電池外型設計 有彈 性、廢熱可利 用, 材料限制大 電解體 氫氧化鉀溶液 質子可滲透膜 鹼金屬或碳酸鹽 磷酸 鋰和碳酸鉀 固體陶瓷體 燃料 純氫 氫,甲醇天然氣 甲醇 天然氣,氫 天然氣.煤氣沼氣、氫 天然氣.煤氣沼 氣、 氫 電效率 60-70 % 43-58 % 30 % 37-42% > 50% 50-65%
燃料電池發電容量與適用範圍
氫的來源 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
氫的儲存方法 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],儲存狀態 儲存容器 儲存之重量效率 ( 重量分率 %) 儲存之體積效率 (kg/m3) 氣態氫氣 鋼瓶 (150atm) 1.50 12.10 液態氫氣 鋼瓶 13.00 46.90 鋁瓶 23.70 46.90 儲氫合金吸放氣 鋼瓶 1.045 35.29 奈米碳管吸放氣 鋼瓶 (113K , 54atm) 7.22 39.00
家庭式及移動式電源增添很多生活之想像空間
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太陽能與燃料電池之結合 ,[object Object],[object Object]
Helios  是 窮人的衛星 翼長:約 75 m 重量:約 730 Kg 太陽能光電板: 62,000  個 發動機: 14 個 燃料電池: 1 部 太陽能光電板輸出功率: 40 kW 14 個發動機所需動力: 10 kW 造價:約 100 萬美元 發射一顆通訊衛星費用: 1000-3000 萬美元
Helios  之再生式燃料電池系統 黃鎮江  (2005)
結論 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
未來展望

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