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燃料電池概述

2014/12/05 經濟部能源局 點閱人次: 397

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▎文字/工研院 圖片提供/達志影像

燃料電池原理

燃料電池主要是透過燃料(一般為氫氣)在氧化過程(與空氣中的氧氣反應)中,將電子透過電極導引形成迴路釋放電能,因此燃料電池本身並非蓄電池,而是透過不斷進行電化學反應產生電力,如下圖所示,只要燃料來源持續供給,燃料電池可以持續供給電力,因此正確的說,燃料電池是一種發電裝置。

由於燃料電池的反應是透過氫氣與氧氣的結合,在發電的過程中,除了釋放電能與部分熱能之外,其最終產物僅為水,因此被認定為乾淨的電力產生方式。燃料電池具有高效率、低污染、低噪音、可分散式及可靠性的優點,是長程能源技術開發的重要選項,可應用領域包含交通載具、定置型發電機及可攜式電源,且市場動能逐漸顯現。

燃料電池的應用

燃料電池的應用範圍廣泛,可以簡易區分如下:

一、定置型發電設備
由於目前燃料電池系統的成本仍高,每度電的成本也較目前一般市電價格高出數倍,因此目前的應用端著重於備用電力與家庭用熱電共生。 備用電力主要的應用端在於基地臺的不斷電系統。由於電信業者多半採用柴油發電或二次電池作為備用電力來源,其中柴油發電的維護保養費用高,且其噪音、空氣污染及溫室氣體排放量等影響環境較劇,二次電池可供緊急電力使用的時數受到空間限制,且汰舊換新時須處理電解液回收等問題,因此定置型燃料電池在電信業者的不斷電系統中具有開發的潛力。

定置型燃料電池的另一大應用端在於住宅或大樓的熱電共生系統(CHP)。這類型的燃料電池主要需與產氫重組器搭配,在使用上透過重組器即時產生氫氣(原料通常為天然氣),使燃料電池產生電力與熱水,供給住宅或大樓的電力與熱水需求。

二、交通載具
交通載具使用的燃料電池主要應用於汽車與機車上,這類的燃料電池應用有別於定置型發電,除燃料電池本身需具備抗震性外,燃料的來源主要是依靠儲氫容器供給氫氣。

國際上載具使用的燃料電池發展,預期在明年會有商業化的燃料電池汽車問世。在推動氫能燃料電池車輛商業化的同時,亦須同時推動氫能基礎設施之建置,因建置氫能基礎建設成本也是推動燃料電池車的一大考量。

三、3C產品電力供給設備
此類燃料電池應用主要著眼於3C產品目前使用的電力供給來源─鋰電池,而鑑於3C 產品的功能日漸龐大,電力需求增高,一般鋰電池逐漸無法滿足3C 產品長時間使用,由於燃料電池具備供電時數長、僅需替換燃料匣等方式即可立即供應電力,但需克服的是,體積能量密度仍然較一般鋰金屬為低。

燃料電池的契機

氫氣的來源若是來自不穩定的再生能源所產生之電力(如風力、太陽能),再透過水電解產氫,將氫氣儲存後,待有電力需求,或尖峰負載時刻(電力成本較高),以氫氣通過燃料電池的方式產生電力,則可以將電力的供給進行移轉,用以將離峰時刻過多的不穩定電力,移轉至尖峰時刻使用。

雖然仍需各國政府補助,目前燃料電池在家庭冷熱電共生系統、備用電力系統、電動堆高機與即將商品化的燃料電池車等利基市場上的應用,卻都扮演著不可忽視的角色;反觀在大規模電廠應用上,雖然國外已有示範推廣計畫正在進行,但在成本與技術條件尚未完全成熟的情況下,很難取代既有發電技術。


關鍵字:燃料電池,能源技術,發電

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