燃料電池種類與應(yīng)用

目前燃料電池依其電解質(zhì)的種類，可以區(qū)分為堿液型(AFC, Alkaline Fuel Cell)、磷酸型(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell)、溶解碳酸鹽型(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell)、固體氧化物型(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)、質(zhì)子交換膜型，其中堿液型燃料電池以堿性溶液做為電解質(zhì)，只能應(yīng)用于純氫與純氧的操作條件，早年應(yīng)用在航天設(shè)備電力系統(tǒng)，磷酸型燃料電池以濃磷酸溶液為電解質(zhì)，其運(yùn)轉(zhuǎn)溫度約200℃，溶解碳酸鹽型燃料電池作動(dòng)溫度達(dá)650℃，固體氧化物型燃料電池運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為1,000℃，熱沖擊(Thermal shock)大。
質(zhì)子交換膜型燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell , PEMFC)屬于二次電池，是一種電化學(xué)裝置，以氫氣與氧氣反應(yīng)的化學(xué)作用直接產(chǎn)生電力，不似內(nèi)燃引擎的實(shí)際燃燒動(dòng)作及產(chǎn)生廢氣排放。典型的燃料電池系統(tǒng)系藉由氫氣燃料與氧氣（來自空氣）在電池內(nèi)產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)，除提供電力外，其副產(chǎn)物是廢熱（電化學(xué)放熱反應(yīng)及水排放），燃料電池不同于一般的二次電池，無需充電，只要能適度提供燃料(如氫氣或甲醇重組等)及空氣，即可持續(xù)產(chǎn)生電力。質(zhì)子交換膜型燃料電池的電流密度可達(dá)數(shù)mA~A/cm2，質(zhì)子交換膜型燃料電池因具極低污染、高效率、常溫作動(dòng)(80℃以下)、快速激活優(yōu)點(diǎn)，適合車輛動(dòng)力需求，近年來逐漸朝可攜帶式(Portable)或靜置型(Stationary)電力，未來極可能是低污染交通載具（巴士、汽車、機(jī)車或小型電動(dòng)車輛）動(dòng)力的主流。

二、質(zhì)子交換膜型燃料電池關(guān)鍵零組件技術(shù)研發(fā)與課題

1)提升燃料電堆性能
提升燃料電堆(Fuel Cell Stack)功率輸出密度，延長耐久性(汽車需能耐久5,000小時(shí)以上、且激活‧停止次數(shù)3~6萬次/10年，質(zhì)子交換膜的耐高溫性‧低加濕化(Humidification)‧無加濕化‧減少白金被覆量(Coating load)‧開發(fā)白金替代觸媒‧分隔板(Separator)輕量化‧薄型化設(shè)計(jì)等。
2)燃料供應(yīng)重組器
提升耐久性、延長循環(huán)壽命、提升激活性能與反應(yīng)性、小型化/輕量化、汽車用汽油重組器開發(fā)。
3)燃料供應(yīng)儲(chǔ)氫技術(shù)
以車輛可以行駛500km續(xù)航距離為例，研發(fā)可以儲(chǔ)存5kg氫氣的儲(chǔ)存技術(shù)，有以下實(shí)施方法
>高壓儲(chǔ)氫:~70Mpa(10,000psig)高壓儲(chǔ)氫筒(目前使用方式，儲(chǔ)氫筒強(qiáng)度問題)
>液態(tài)氫氣:蒸發(fā)氫氣防漏失(Boil-off gas)對策
>儲(chǔ)氫材料: 儲(chǔ)氫合金(Metal hydride)、化學(xué)儲(chǔ)氫材料、奈米碳管(Carbon Nano Tube , CNT)或碳儲(chǔ)氫材料
4)燃料電池系統(tǒng)
燃料電池系統(tǒng)構(gòu)造最佳化設(shè)計(jì)，耐久性，低溫對策，激活性，運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷反應(yīng)性，提升廢熱回收效率，提升副機(jī)效率等。
5)氫氣燃料安全、氫氣供應(yīng)體系(Infrastructure)周邊技術(shù)
氫氣壓縮機(jī)、電磁閥、高壓儲(chǔ)氫器與氫氣供應(yīng)體系仍然不足，氫氣安全法規(guī)訂定、氫氣供應(yīng)體系周邊技術(shù)待建立。