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1、能源科技概論 第八章氫能,臺北城市科技大學機械工程系,可攜式燃料電池,Voller Energy V100,能碩(EnerMaster)EM-H1000D1,Masterflex Fuel Cell Bike,美國Honda氫燃料電池汽車,運輸用燃料電池,(圖片摘自http:/hydrogencars2005.htm),UTC Fuel Cells 5kW Energy Center,MTU Hot Module(MCFC),定置型燃料電池,(圖片摘自http:/),(圖片摘自http:/),微小型燃料電池,Toshiba,(圖片摘自http:/,(圖片摘自http:/,Sony,什麼是燃料電
2、池？,燃料電池是一種可以把反應物的化學能直接轉換為電能的電化學裝置燃料電池是一種電能產生裝置，而非電能貯存裝置燃料電池是一個系統，而非單一元件,燃料電池,鋰電池、鹼性電池、鉛酸電池,fuel(化學能),熱能,steam(高溫高壓),running turbine(機械能),running generator(電能),Fuel Cell(電化學反應),O2,H2,H2O,電能,傳統電能轉換過程,什麼是燃料電池？,燃料電池基本原理,燃料電池之父 William Grove爵士於1839年發明燃料電池：藉由觸媒將水電解反應逆向操作，產生電流。,圖片來源:PEM Fuel Cells Theory a
3、nd Practice,by F.Barbir,Elsevier Inc.(2005),燃料電池的發展,燃料電池發明,太空計畫,新產業誕生,為什麼使用燃料電池？,替代能源主要使用氫氣直接產生電能，可替代既有燃油動力來源和電力取得方式；雖然也使用甲醇、乙醇及其他碳氫化合物等燃料，但其選擇具有替代性。環保能源潔淨、安靜，電化學反應無噪音，主要生成物為H2O。高效能源高效率、高能量密度，相對減少系統的體積和重量，並延長供電運作時間。便利能源獨立性、可攜性高；不需充電器，完全無線(wireless)需求，補充燃料不需長時間等待。,燃料電池的限制,成本高 功率密度受限 氫燃料取得與儲存技術 操作溫度的影
4、響 對於環境污染物的敏感性 耐久性議題,燃料電池的種類,*資料來源：工研院IEK、東亞產經資訊網,燃料電池的基本結構,電負載,質子交換膜Electrolyte membrane,氣體擴散層 GDL,觸媒層 Catalyst Layer,陽極流道Anode flow channel,集電區Current Collector,石墨流道板Graphiteend/bipolar plate,陰極流道Cathode flow channel,e-,e-,H+,H2,O2,Membrane,CatalystC/Pt-Ru,CatalystC/Pt,Anode GDL,Cathode GDL,SOURCE:
5、Antig,膜電極組(MEA),觸媒電極,圖片來源：Journal of Power Sources 74(1998)211-218,Electrochimica Acta 49(2004)41494156,碳紙,碳布,氣體擴散層,雙極板,Freudenberg-NOKsealing technology,http:/www.ornl.gov/sci/fuelcellprogram/projects.html,Oak Ridge National LaboratoryMetallic Bipolar Plates,Schunk Graphite Technology-compression m
6、olding,電池堆,(圖片來源：http:/,Ballard Power Systems(Canada),電池堆,ESORO hyCar,(圖片摘自Ballard公司網頁),氫氣儲存系統,(圖片摘自Quantum technologies,Inc.公司網頁),燃料電池系統,Worlds First Hydrogen Fuel-Cell,Plug-In Electric Hybrid Bus(Burbank),Fuel Cell Hydrogen Vehicle(FCHV,Toyota),(圖片摘自http:/,(圖片摘自http:/),MOTOROLAs IMPRESTM Charger P
7、ackage(1W),燃料電池系統,製氫技術,氣態燃料蒸氣重組或部分氧化液態燃油蒸氣重組或部分氧化煤的氣化水電解生質酒精改質生物質熱解藻類光合製氫,氫基礎設施,Hondas Solar Hydrogen Refueling Station,Japan,Hydrogen station(Denmark),http:/www.ecofriend.org/entry/honda-debuts-solar-powered-hydrogen-fueling-station/,http:/www.vatgas.se/shhp/news.html,再生式燃料電池系統,electrolyser,fuel ce
8、ll,solar cell,demonstration of a fuel cell fueled by an electrolyser driven by solar cells,附 錄,(Figure source:Antigs website),陽極,陰極,氧氣,二氧化碳,水,DMFC 基本原理,Em+Eo=Ee+Ew+Ec+Heat chemical energy:Gibbs free energy of formation gf depends on the state and temperature,DMFC 能量轉換,Terminologies overvoltage/overp
9、otential,polarization,irreversibility,losses,voltage dropCauses of overvoltages activation lossesfuel crossover and internal currentsohmic lossesmass transport or concentration losses,Fig.source:Larminie,J.,and Dicks,A.2003.Fuel Cell Systems Explained.Ed.2nd.New York:John Wiley&Sons,Ltd.,燃料電池極化曲線,燃料電池的效能,operation voltage:about 0.3V-0.4V,Title:Diagram of a working Ceramic Fuel Cell CHP unit Description:This diagram shows a SOFC CHP unit designed by Ceramic Fuel Cell.Source:Ceramic Fuel Cells Limited,熱電共生(CHP),(圖片摘自http:/),
