第十五章最有潛力的新動力能源燃料電池LivingbetterbyChemistry課件

生活化學(xué)第十五章最有潛力的新動力能源─燃料電池LivingbetterbyChemistry1生活化學(xué)第十五章最有潛力的新動力能源─燃料電池Living15-1能源的運用人類文化的提升和進步常依賴所使用的能量或動力。因為動力意味著灌溉、開墾、耕作和收獲。動力意味熱、光、電、機械和運輸。所有這些動力也意味著原料、食物和工廠。它們比任何別的東西更能影響富裕和貧困、戰(zhàn)爭或和平之間的平衡。215-1能源的運用人類文化的提升和進步常依賴所使用的能量或動能源的運用(2)二次大戰(zhàn)之後，地球上人口穩(wěn)步增加，對能量的需求迅速增長。萬一沒有暖氣、食物短缺，千千萬萬的人將會餓死，整個工業(yè)文明注定崩潰。在原子能還未運用之前，我們幾乎完全依賴煤、石油和天然氣提供能量。到底煤和石油以及天然氣的前景如何？原子能的前景又如何？是不是還有什麼其他可靠的能源？以下為人類目前所運用的主要發(fā)電方法：3能源的運用(2)二次大戰(zhàn)之後，地球上人口穩(wěn)步增加，對能量的火力發(fā)電鍋爐裡的水被熱源燒成蒸汽後，送至汽輪機再推動發(fā)電機發(fā)電；使用過的蒸汽則送至冷凝器，由海水將其冷卻成水，再送至鍋爐重複使用。其中使為熱源的物質(zhì)包括了煤、油及天然氣等。4火力發(fā)電鍋爐裡的水被熱源燒成蒸汽後，送至汽輪機再推動發(fā)電機發(fā)圖15-1 火力發(fā)電運作原理5圖15-1 火力發(fā)電運作原理5煤─工業(yè)革命的動力(1)煤是由4億到1百萬年前的植物所形成。植物死後沉積到地下，經(jīng)長期的壓力而碳化。從形成的時間和含碳的多寡，煤可分為4類：(1)泥煤；(2)褐煤；(3)煤以及(4)焦煤。煤的產(chǎn)量最豐，熱產(chǎn)值也最大。6煤─工業(yè)革命的動力(1)煤是由4億到1百萬年前的植物所形成煤─工業(yè)革命的動力(2)煤主要用來發(fā)電，其優(yōu)點是熱值高、價格便宜，但是也有燃燒後產(chǎn)生嚴(yán)重污染的頭痛問題。大部分的煤含有硫，燃燒後產(chǎn)生的二氧化硫轉(zhuǎn)化成亞硫酸，造成酸雨。此外，大量燃燒煤會排放大量的二氧化碳，使地球的溫室效應(yīng)升高。1997年底的京都氣候公約，各已開發(fā)工業(yè)國議定在2000年，將各國的二氧化碳排放量抑制在1990年的排放水準(zhǔn)。7煤─工業(yè)革命的動力(2)煤主要用來發(fā)電，其優(yōu)點是熱值高、價風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電是直接利用風(fēng)力推動發(fā)電機中的導(dǎo)線線圈來發(fā)電，其最大特色即為荷蘭的標(biāo)記─風(fēng)車。臺灣澎湖的七美也有座風(fēng)力發(fā)電廠，其發(fā)電量約比核四廠小了一百萬倍，可知欲發(fā)展這種電廠也需有大量的土地，而穩(wěn)定且強勁的風(fēng)力也是不可或缺的條件。8風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電是直接利用風(fēng)力推動發(fā)電機中的導(dǎo)線線圈來發(fā)電，石油和天然氣石油和天然氣也是千萬年前的生物沉積在地下而形成的。石油和天然氣的儲存量有限，而且石油可以提煉出各種工業(yè)產(chǎn)品和生活必需品，從資源利用的角度來看，拿來發(fā)電是極度浪費之舉。石油和天然氣雖是優(yōu)良的能源，可惜地球的儲存量有限，以現(xiàn)在的速度消耗，大約再50年就已枯竭了。9石油和天然氣石油和天然氣也是千萬年前的生物沉積在地下而形成的太陽能(1)在新興的能源中，除了核能之外，或許太陽能是最有潛力的能源。太陽能的優(yōu)點是乾淨(jìng)，來源無匱。但是太陽能的能量密度太低，每平方公尺的輻射能約1,400瓦，如果考慮天候和日夜的差別，太陽能每平方公尺的輻射能只剩不到300瓦。10太陽能(1)在新興的能源中，除了核能之外，或許太陽能是最有太陽能(2)而目前太陽能集電板的效率約為12%，你可以算要用多少土地面積才能收集足夠的太陽能，供應(yīng)臺灣目前的電力需要。即使不考慮土地面積的成本，利用太陽能集電板的電力成本，一度電至少也要新臺幣10元。這個成本是核能電力的15倍，燃煤電力的10倍，燃油電力的7倍，天然氣發(fā)電的6倍。此外，儲存白天所收集到的太陽能也需要電池，大量使用太陽能也會引起環(huán)境的問題。11太陽能(2)而目前太陽能集電板的效率約為12%，你可以算要核能(2)核能是二次世界大戰(zhàn)以後的新興能源。核能的優(yōu)點是安全、乾淨(jìng)、價格便宜，不排放溫室氣體。但是興建核能電廠所需資金龐大，核分裂後的高放射性燃料束需要特別的處理。12核能(2)核能是二次世界大戰(zhàn)以後的新興能源。核能的優(yōu)點是安核能(2)根據(jù)統(tǒng)計資料，1998年止，全球共有32個核電國家，480部核能機組在運轉(zhuǎn)中，另外亦有48部正在興建中。32個核電國家中，有13個國家的核能電力超過全國電力供應(yīng)的30%以上，其中最高的前五位分別為立陶宛(76%)、法國(75%)、比利時(56%)、瑞典(51%)及斯洛伐克(49%)。目前核能電力大約占全世界總發(fā)電量的百分之十七。13核能(2)根據(jù)統(tǒng)計資料，1998年止，全球共有32個核電國15-2燃料電池的發(fā)展燃料電池的歷史可以追朔到1839年，由英國法官威廉葛洛夫(WilliamGrove)在一項業(yè)餘的實驗中神奇的發(fā)現(xiàn)燃料電池的發(fā)電原理；但當(dāng)時因為電極材料問題，使這項發(fā)明未受重視。1415-2燃料電池的發(fā)展燃料電池的歷史可以追朔到1839年，由燃料電池的發(fā)展(2)直到1959年由另一位英國法蘭西斯培根(FrancisT.Bacon)製作出一個5kW的燃料電池組，能夠推動電銲機、電鋸及堆高機，使這項技術(shù)得以走出實驗室，其後使用氫氣為燃料的鹼性燃料電池(AFC)更成功的應(yīng)用在太空科技上，成為太空梭的電力供應(yīng)系統(tǒng)，因為燃料電池的副產(chǎn)物的純淨(jìng)的水，故也成為太空人飲水用的維生系統(tǒng)。15燃料電池的發(fā)展(2)直到1959年由另一位英國法蘭西斯培根燃料電池的發(fā)展(3)由於燃料電池(FuelCell)的技術(shù)創(chuàng)新突破，再加上環(huán)保問題、能源不足等多重壓力下，國際間政府、交通、電力、能源產(chǎn)業(yè)等單位，漸漸重視燃料電池科技發(fā)展，而國內(nèi)也處於相同情況。另外，國內(nèi)將FuelCell譯為「燃料電池」，但其實它並非電池，而是經(jīng)由電化學(xué)反應(yīng)之發(fā)電機，譯為「環(huán)保發(fā)電機」似乎較為妥適。16燃料電池的發(fā)展(3)由於燃料電池(FuelCell)的技燃料電池的發(fā)展(4)燃料電池為一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的媒介，只要燃料持續(xù)供應(yīng)，無需燃燒，電力就能夠持續(xù)輸出，而燃料通常為氫氣與氧氣（空氣），其產(chǎn)物為水，無環(huán)境污染之虞。除此之外，藉著控制燃料電池組(FuelCellStack)之?dāng)?shù)量，小至3C產(chǎn)品，大至社區(qū)或大型發(fā)電廠，可應(yīng)用於各種不同之系統(tǒng)。17燃料電池的發(fā)展(4)燃料電池為一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的燃料電池的發(fā)展(5)部分種類之燃料電池亦可應(yīng)用於交通工具上，更可大量降低目以汽油為主要燃料之汽機車排放之廢氣，改善環(huán)境，提高生活品質(zhì)?？芍苯佑苫瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，並非如一般將燃料由化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能後，再利用熱機轉(zhuǎn)換成機械能，最後轉(zhuǎn)換成電能，所以並不受卡諾循環(huán)(CarnotCycle)的限制，所以其效率可大幅提昇。18燃料電池的發(fā)展(5)部分種類之燃料電池亦可應(yīng)用於交通工具上燃料電池的發(fā)展(6)燃料電池是二十一世紀(jì)最重要之能源科技之一，為極有潛力的替代能源及可攜式電子產(chǎn)品用的小型電池。工研院工業(yè)材料研究所結(jié)合國內(nèi)國科會、中研院、同步輻射、能源會等研發(fā)團隊，投入微小型攜帶式燃料電池關(guān)鍵材料的開發(fā)，以既有電池材料技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合最新的奈米材料技術(shù)，以及積極建立國際合作關(guān)係，如美國杜邦公司及國凱斯西儲大學(xué)等，目標(biāo)為開發(fā)可供小型電子產(chǎn)品用的微小型燃料電池。以大哥大為例，目標(biāo)是待機時間50~100天，只要數(shù)秒鐘即可完成燃料補充。19燃料電池的發(fā)展(6)燃料電池是二十一世紀(jì)最重要之能源科技之燃料電池的發(fā)展(7)不過氫氣具有爆炸的危險性，氫燃料電池是否也具有高度的危險性？氫氣並未像一般人所想的危險，而且氫氣很便宜，氫燃料電池又零污染，所以極具研發(fā)價值。20燃料電池的發(fā)展(7)不過氫氣具有爆炸的危險性，氫燃料電池是15-3燃料電池之基本原理燃料電池是藉由電池內(nèi)發(fā)生燃料燃燒反應(yīng)而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，負(fù)極除作為燃料與電解質(zhì)的共同介面，並對燃料的氧化反應(yīng)作催化；而正極則為氧氣與電解質(zhì)的共同介面，亦對氧的還原作催化。2115-3燃料電池之基本原理燃料電池是藉由電池內(nèi)發(fā)生燃料燃燒反圖15-2燃料電池反應(yīng)示意圖22圖15-2燃料電池反應(yīng)示意圖2215-3燃料電池的基本構(gòu)造固體高分子型燃料電池(PolymerElectrolyteFuelCell,PEFC)的構(gòu)造模型。將燃料（氫氣）和空氣中的氧氣以塗佈在電解質(zhì)高分子膜的兩側(cè)於電極間之觸媒加以電離，以空氣電極使其反應(yīng)發(fā)電的電池。高分子膜是讓氫離子通過的功能，燃料電池因反應(yīng)而生成的東西只有水，所以沒有公害。2315-3燃料電池的基本構(gòu)造固體高分子型燃料電池(Polyme燃料電池之特性(1)氫，一種無色，無臭、無味、無毒的可燃性氣體物質(zhì)，最簡單的化學(xué)元素。氫原子含有一個帶一單位正電荷的質(zhì)子構(gòu)成的核和一個帶一單位負(fù)電荷並與這個核相聯(lián)繫的電子。氫原子很活潑，可以彼此結(jié)合成對，形成分子式為H2的雙原子氫分子。24燃料電池之特性(1)氫，一種無色，無臭、無味、無毒的可燃性燃料電池之特性(2)雖然氫在地球上的豐度只佔第九位，約為地球質(zhì)量的0.9%?？墒窃谟钪嬷?，氫是最豐富的元素，約佔所有物質(zhì)質(zhì)量的75%。氫與碳及其他元素形成化合物存在於所有動植物中。石油和煤中也含有氫。氫約佔水質(zhì)量的11%。氫氣與氧氣燃燒可產(chǎn)生約2600℃高溫，用電弧或加熱鵭絲將氫分子解離為氫原子，然後使這些原子重新化合時甚至可以產(chǎn)生3400℃以上的高溫。25燃料電池之特性(2)雖然氫在地球上的豐度只佔第九位，約為地燃料電池之特性(3)若以原料的來源來區(qū)別，氫氣的生產(chǎn)方式可以分兩大類：由化石原料製氫，主要商業(yè)化的製程有蒸氣重組法(SteamReforming)；部分氧化法(PartialOxidation)；水煤氣法(CoalGasification)等……。26燃料電池之特性(3)若以原料的來源來區(qū)別，氫氣的生產(chǎn)方式可燃料電池之特性(4)非化石原料製氫法，主要製程有水電解法(WaterSplittingByElectrolysis)；水光電解法(PhotoelectrochemicalWaterSplitting)；實驗室中少量製氫法等……。27燃料電池之特性(4)非化石原料製氫法，主要製程有27燃料電池分類(1)如以燃料電池之電解質(zhì)(Electro-lyte)來區(qū)分，它可分為下列五種：固態(tài)高分子膜燃料電池固態(tài)高分子膜燃料電池(PolymerElectrolyteFuelCell,PEFC)，以陽離子交換膜為電解質(zhì)，採用氟樹脂系離子交換膜，因具有優(yōu)越之化學(xué)安定性，可減少電解液稀釋及霧化等問題。此型燃料電池只能以白金為觸媒，所以費用也相對的較高，反應(yīng)氣體中容許二氧化碳存在，惟一氧化碳會導(dǎo)致白金觸媒中毒，必須嚴(yán)加控制。另外，高分子薄膜型燃料電池使用時溫度低，本身體積小，重量輕，電流密度高，爆發(fā)力強，能迅速啟動汽車，廢氣排放污染又低，可應(yīng)用於大型車輛如巴士和貨車上。28燃料電池分類(1)如以燃料電池之電解質(zhì)(Electro-l燃料電池分類(2)鹼性燃料電池鹼性燃料電池(AlkalineFuleCell,AFC)使用高導(dǎo)電度KOH電極是由具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的網(wǎng)導(dǎo)體外覆黃金所製成，使用純H2，純O2，對CO2污染極為敏感，適用於太空船上。29燃料電池分類(2)鹼性燃料電池29燃料電池分類(3)磷酸燃料電池(PhosphoricAcidFuelCell,PAFC)30燃料電池分類(3)磷酸燃料電池(PhosphoricAc燃料電池分類(4)熔融碳酸鹽燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池(MoltenCarbonateFuelCell,MCFC)又稱為第二代燃料電池，以鹼金屬（鋰、鉀、鈉）碳酸鹽為電解質(zhì)，此等鹽料只有在熔融狀態(tài)時，方能發(fā)揮離子傳導(dǎo)之功能，故作溫以必須在熔點以上，介於600~700℃之間，屬高溫型。此類燃料電池由於電極反應(yīng)容易，不需以貴金屬為觸媒，使用鎳及氧化鎳即可。在燃料使用方面，除了後氣之外，一氧化碳含量高的燃料亦可輕易使用，故適合與煤炭氣化技術(shù)相結(jié)合。31燃料電池分類(4)熔融碳酸鹽燃料電池31燃料電池分類(5)固態(tài)氧化物燃料電池固態(tài)氧化物燃料電池(SolidOxideFuelCell,SOFC)又稱第三代燃料電池，係使用固態(tài)、無孔隙之金屬氧化物為電解質(zhì)，藉著氧離子在晶體中有梭以進行離子傳送，通常以安定化氧化鋯為電解質(zhì)。操作溫度高達900~1000℃。優(yōu)點為不需以貴金屬為觸媒，燃料重組器和電池組合併，而減化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)並降低製造成本，廢熱品質(zhì)高，可用於電氣共生所須知知熱能，可以氫及一氧化碳為燃料，惟因其在高溫環(huán)境下操作，材料選擇受到若干限制。32燃料電池分類(5)固態(tài)氧化物燃料電池32燃料電池分類(6)過去人類使用的能源多以煤、石油、天然氣等生物能為主，水力等再生能源為輔，之後發(fā)展出核能，但由於安全性考量以及核廢料的問題，使核能為世界各國所逐步揚棄，取而代之的是太陽能、風(fēng)能、氫電池、燃料電池等新能源。燃料電池(FuelCell)是水力、火力、核能之外第四種發(fā)電法，原料可用氫氣、天然氣、沼氣等，發(fā)電原理是燃料電池灌進燃料，透過電解發(fā)電，未經(jīng)燃燒程序，所以沒有污染，列為二十一世紀(jì)三大革命性科技之一。33燃料電池分類(6)過去人類使用的能源多以煤、石油、天然氣等燃料電池分類(7)燃料電池的成本昂貴，30年來始終沒有商品化。然而，最近幾年，燃料電池在技術(shù)上起了革命性突破，燃料電池最早被利用在美國登入月球的太空梭之主要電力、水熱來源供應(yīng)，燃料電池有幾項符合時代趨勢的特色，使得它在未來發(fā)電世界中備受矚目，也將成為二十一世紀(jì)人類在地球上明星電源。34燃料電池分類(7)燃料電池的成本昂貴，30年來始終沒有商品生活化學(xué)第十五章最有潛力的新動力能源─燃料電池LivingbetterbyChemistry35生活化學(xué)第十五章最有潛力的新動力能源─燃料電池Living15-1能源的運用人類文化的提升和進步常依賴所使用的能量或動力。因為動力意味著灌溉、開墾、耕作和收獲。動力意味熱、光、電、機械和運輸。所有這些動力也意味著原料、食物和工廠。它們比任何別的東西更能影響富裕和貧困、戰(zhàn)爭或和平之間的平衡。3615-1能源的運用人類文化的提升和進步常依賴所使用的能量或動能源的運用(2)二次大戰(zhàn)之後，地球上人口穩(wěn)步增加，對能量的需求迅速增長。萬一沒有暖氣、食物短缺，千千萬萬的人將會餓死，整個工業(yè)文明注定崩潰。在原子能還未運用之前，我們幾乎完全依賴煤、石油和天然氣提供能量。到底煤和石油以及天然氣的前景如何？原子能的前景又如何？是不是還有什麼其他可靠的能源？以下為人類目前所運用的主要發(fā)電方法：37能源的運用(2)二次大戰(zhàn)之後，地球上人口穩(wěn)步增加，對能量的火力發(fā)電鍋爐裡的水被熱源燒成蒸汽後，送至汽輪機再推動發(fā)電機發(fā)電；使用過的蒸汽則送至冷凝器，由海水將其冷卻成水，再送至鍋爐重複使用。其中使為熱源的物質(zhì)包括了煤、油及天然氣等。38火力發(fā)電鍋爐裡的水被熱源燒成蒸汽後，送至汽輪機再推動發(fā)電機發(fā)圖15-1 火力發(fā)電運作原理39圖15-1 火力發(fā)電運作原理5煤─工業(yè)革命的動力(1)煤是由4億到1百萬年前的植物所形成。植物死後沉積到地下，經(jīng)長期的壓力而碳化。從形成的時間和含碳的多寡，煤可分為4類：(1)泥煤；(2)褐煤；(3)煤以及(4)焦煤。煤的產(chǎn)量最豐，熱產(chǎn)值也最大。40煤─工業(yè)革命的動力(1)煤是由4億到1百萬年前的植物所形成煤─工業(yè)革命的動力(2)煤主要用來發(fā)電，其優(yōu)點是熱值高、價格便宜，但是也有燃燒後產(chǎn)生嚴(yán)重污染的頭痛問題。大部分的煤含有硫，燃燒後產(chǎn)生的二氧化硫轉(zhuǎn)化成亞硫酸，造成酸雨。此外，大量燃燒煤會排放大量的二氧化碳，使地球的溫室效應(yīng)升高。1997年底的京都氣候公約，各已開發(fā)工業(yè)國議定在2000年，將各國的二氧化碳排放量抑制在1990年的排放水準(zhǔn)。41煤─工業(yè)革命的動力(2)煤主要用來發(fā)電，其優(yōu)點是熱值高、價風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電是直接利用風(fēng)力推動發(fā)電機中的導(dǎo)線線圈來發(fā)電，其最大特色即為荷蘭的標(biāo)記─風(fēng)車。臺灣澎湖的七美也有座風(fēng)力發(fā)電廠，其發(fā)電量約比核四廠小了一百萬倍，可知欲發(fā)展這種電廠也需有大量的土地，而穩(wěn)定且強勁的風(fēng)力也是不可或缺的條件。42風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電是直接利用風(fēng)力推動發(fā)電機中的導(dǎo)線線圈來發(fā)電，石油和天然氣石油和天然氣也是千萬年前的生物沉積在地下而形成的。石油和天然氣的儲存量有限，而且石油可以提煉出各種工業(yè)產(chǎn)品和生活必需品，從資源利用的角度來看，拿來發(fā)電是極度浪費之舉。石油和天然氣雖是優(yōu)良的能源，可惜地球的儲存量有限，以現(xiàn)在的速度消耗，大約再50年就已枯竭了。43石油和天然氣石油和天然氣也是千萬年前的生物沉積在地下而形成的太陽能(1)在新興的能源中，除了核能之外，或許太陽能是最有潛力的能源。太陽能的優(yōu)點是乾淨(jìng)，來源無匱。但是太陽能的能量密度太低，每平方公尺的輻射能約1,400瓦，如果考慮天候和日夜的差別，太陽能每平方公尺的輻射能只剩不到300瓦。44太陽能(1)在新興的能源中，除了核能之外，或許太陽能是最有太陽能(2)而目前太陽能集電板的效率約為12%，你可以算要用多少土地面積才能收集足夠的太陽能，供應(yīng)臺灣目前的電力需要。即使不考慮土地面積的成本，利用太陽能集電板的電力成本，一度電至少也要新臺幣10元。這個成本是核能電力的15倍，燃煤電力的10倍，燃油電力的7倍，天然氣發(fā)電的6倍。此外，儲存白天所收集到的太陽能也需要電池，大量使用太陽能也會引起環(huán)境的問題。45太陽能(2)而目前太陽能集電板的效率約為12%，你可以算要核能(2)核能是二次世界大戰(zhàn)以後的新興能源。核能的優(yōu)點是安全、乾淨(jìng)、價格便宜，不排放溫室氣體。但是興建核能電廠所需資金龐大，核分裂後的高放射性燃料束需要特別的處理。46核能(2)核能是二次世界大戰(zhàn)以後的新興能源。核能的優(yōu)點是安核能(2)根據(jù)統(tǒng)計資料，1998年止，全球共有32個核電國家，480部核能機組在運轉(zhuǎn)中，另外亦有48部正在興建中。32個核電國家中，有13個國家的核能電力超過全國電力供應(yīng)的30%以上，其中最高的前五位分別為立陶宛(76%)、法國(75%)、比利時(56%)、瑞典(51%)及斯洛伐克(49%)。目前核能電力大約占全世界總發(fā)電量的百分之十七。47核能(2)根據(jù)統(tǒng)計資料，1998年止，全球共有32個核電國15-2燃料電池的發(fā)展燃料電池的歷史可以追朔到1839年，由英國法官威廉葛洛夫(WilliamGrove)在一項業(yè)餘的實驗中神奇的發(fā)現(xiàn)燃料電池的發(fā)電原理；但當(dāng)時因為電極材料問題，使這項發(fā)明未受重視。4815-2燃料電池的發(fā)展燃料電池的歷史可以追朔到1839年，由燃料電池的發(fā)展(2)直到1959年由另一位英國法蘭西斯培根(FrancisT.Bacon)製作出一個5kW的燃料電池組，能夠推動電銲機、電鋸及堆高機，使這項技術(shù)得以走出實驗室，其後使用氫氣為燃料的鹼性燃料電池(AFC)更成功的應(yīng)用在太空科技上，成為太空梭的電力供應(yīng)系統(tǒng)，因為燃料電池的副產(chǎn)物的純淨(jìng)的水，故也成為太空人飲水用的維生系統(tǒng)。49燃料電池的發(fā)展(2)直到1959年由另一位英國法蘭西斯培根燃料電池的發(fā)展(3)由於燃料電池(FuelCell)的技術(shù)創(chuàng)新突破，再加上環(huán)保問題、能源不足等多重壓力下，國際間政府、交通、電力、能源產(chǎn)業(yè)等單位，漸漸重視燃料電池科技發(fā)展，而國內(nèi)也處於相同情況。另外，國內(nèi)將FuelCell譯為「燃料電池」，但其實它並非電池，而是經(jīng)由電化學(xué)反應(yīng)之發(fā)電機，譯為「環(huán)保發(fā)電機」似乎較為妥適。50燃料電池的發(fā)展(3)由於燃料電池(FuelCell)的技燃料電池的發(fā)展(4)燃料電池為一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的媒介，只要燃料持續(xù)供應(yīng)，無需燃燒，電力就能夠持續(xù)輸出，而燃料通常為氫氣與氧氣（空氣），其產(chǎn)物為水，無環(huán)境污染之虞。除此之外，藉著控制燃料電池組(FuelCellStack)之?dāng)?shù)量，小至3C產(chǎn)品，大至社區(qū)或大型發(fā)電廠，可應(yīng)用於各種不同之系統(tǒng)。51燃料電池的發(fā)展(4)燃料電池為一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的燃料電池的發(fā)展(5)部分種類之燃料電池亦可應(yīng)用於交通工具上，更可大量降低目以汽油為主要燃料之汽機車排放之廢氣，改善環(huán)境，提高生活品質(zhì)?？芍苯佑苫瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，並非如一般將燃料由化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能後，再利用熱機轉(zhuǎn)換成機械能，最後轉(zhuǎn)換成電能，所以並不受卡諾循環(huán)(CarnotCycle)的限制，所以其效率可大幅提昇。52燃料電池的發(fā)展(5)部分種類之燃料電池亦可應(yīng)用於交通工具上燃料電池的發(fā)展(6)燃料電池是二十一世紀(jì)最重要之能源科技之一，為極有潛力的替代能源及可攜式電子產(chǎn)品用的小型電池。工研院工業(yè)材料研究所結(jié)合國內(nèi)國科會、中研院、同步輻射、能源會等研發(fā)團隊，投入微小型攜帶式燃料電池關(guān)鍵材料的開發(fā)，以既有電池材料技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合最新的奈米材料技術(shù)，以及積極建立國際合作關(guān)係，如美國杜邦公司及國凱斯西儲大學(xué)等，目標(biāo)為開發(fā)可供小型電子產(chǎn)品用的微小型燃料電池。以大哥大為例，目標(biāo)是待機時間50~100天，只要數(shù)秒鐘即可完成燃料補充。53燃料電池的發(fā)展(6)燃料電池是二十一世紀(jì)最重要之能源科技之燃料電池的發(fā)展(7)不過氫氣具有爆炸的危險性，氫燃料電池是否也具有高度的危險性？氫氣並未像一般人所想的危險，而且氫氣很便宜，氫燃料電池又零污染，所以極具研發(fā)價值。54燃料電池的發(fā)展(7)不過氫氣具有爆炸的危險性，氫燃料電池是15-3燃料電池之基本原理燃料電池是藉由電池內(nèi)發(fā)生燃料燃燒反應(yīng)而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，負(fù)極除作為燃料與電解質(zhì)的共同介面，並對燃料的氧化反應(yīng)作催化；而正極則為氧氣與電解質(zhì)的共同介面，亦對氧的還原作催化。5515-3燃料電池之基本原理燃料電池是藉由電池內(nèi)發(fā)生燃料燃燒反圖15-2燃料電池反應(yīng)示意圖56圖15-2燃料電池反應(yīng)示意圖2215-3燃料電池的基本構(gòu)造固體高分子型燃料電池(PolymerElectrolyteFuelCell,PEFC)的構(gòu)造模型。將燃料（氫氣）和空氣中的氧氣以塗佈在電解質(zhì)高分子膜的兩側(cè)於電極間之觸媒加以電離，以空氣電極使其反應(yīng)發(fā)電的電池。高分子膜是讓氫離子通過的功能，燃料電池因反應(yīng)而生成的東西只有水，所以沒有公害。5715-3燃料電池的基本構(gòu)造固體高分子型燃料電池(Polyme燃料電池之特性(1)氫，一種無色，無臭、無味、無毒的可燃性氣體物質(zhì)，最簡單的化學(xué)元素。氫原子含有一個帶一單位正電荷的質(zhì)子構(gòu)成的核和一個帶一單位負(fù)電荷並與這個核相聯(lián)繫的電子。氫原子很活潑，可以彼此結(jié)合成對，形成分子式為H2的雙原子氫分子。58燃料電池之特性(1)氫，一種無色，無臭、無味、無毒的可燃性燃料電池之特性(2)雖然氫在地球上的豐度只佔第九位，約為地球質(zhì)量的0.9%?？墒窃谟钪嬷?，氫是最豐富的元素，約佔所有物質(zhì)質(zhì)量的75%。氫與碳及其他元素形成化合物存在於所有動植物中。石油和煤中也含有氫。氫約佔水質(zhì)量的11%。氫氣與氧氣燃燒可產(chǎn)生約2600℃高溫，用電弧或加熱鵭絲將氫分子解離為氫原子，然後使這些原子重新化合時甚至可以產(chǎn)生3400℃以上的高溫。59燃料電池之特性(2)雖然氫在地球上的豐度只佔第九位，約為地燃料電池之特性(3)若以原料的來源來區(qū)別，氫氣的生產(chǎn)方式可以分兩大類：由化石原料製氫，主要商業(yè)化的製程有蒸氣重組法(SteamReforming)；部分氧化法(PartialOxidation)；水煤氣法(CoalGasification)等……。60燃料電池之特性(3)若以原料的來源來區(qū)別，氫氣的生產(chǎn)方式可燃料電池之特性(4)非化石原料製氫法，主要製程有水電解法(WaterSplittingByElectrolysis)；水光電解法(PhotoelectrochemicalWaterSplitting)；實驗室中少量製氫法等……。61燃料電池之特性(4)非化石原料製氫法，主要製程有27燃料電池分類(1)如以燃料電池之電解質(zhì)(Electro-lyte)來區(qū)分，它可分為下列五種：固態(tài)高分子膜燃料電池固態(tài)高分子膜燃料電池(PolymerElectrolyteFuelCell,PEFC)，以陽離子交換膜為電解質(zhì)，採用氟樹脂系離子交換膜，因具有優(yōu)越之化學(xué)安定性，可減少電解液稀釋及霧化等問題。此型燃料電池只能以白金為觸媒，所以費用也相對的較高，反應(yīng)氣體中容許二氧化碳存在，惟一氧化碳會導(dǎo)致白金觸媒中毒，必須嚴(yán)加控制。另外，高分子薄膜型燃料電池使用時溫度低，本身體積小，重量輕，電流密度高，爆發(fā)力強，能迅速啟動汽車，廢氣排放污染又低，可應(yīng)用於大型車輛如巴士和貨車上。62燃料電池分類(1)如以燃料電池之電解質(zhì)(El