質子交換膜燃料電池具有哪些特色？

Question

質子交換膜燃料電池具有哪些特色？而成為歐美日各國爭相研發和推廣的對象？

Answer 1

質子交換膜燃料電池工作條件溫和，啟動快。適合于作車用動力，是目前國外積極開發的運輸工具用燃料電池。用“干淨”的氣體作原料氣時，它不排放有害廢氣，用于城市公交運輸車輛，對城市環境沒有污染，從80年代末起，北美，西歐和日本就開始研制以氫氣作原料氣的質子交換膜燃料電池電動汽車零污染電動汽車。1993年，加拿大巴拉德公司研制出世界上第一輛燃料電池公共汽車。1997年，德國奔馳汽車公司和英國汽車公司分別推出用質子交換膜燃料電池驅動的無廢氣公共汽車。1998年，德國研制出重整式甲醇燃料電池驅動的電動汽車。1999年3月，美國福特汽車公司和日本丰田汽車公司分別研制出質子交換膜氫燃料電池電動汽車。
質子交換膜燃料電池又可稱為高分子電解質燃料電池或固態高分子電解質燃料電池。由質子交換膜、陰極和陽極所組成的組件稱之為膜電極組體，質子交換膜為一傳導質子（H+）的高分子膜，商業化產品多為杜邦（Dupont）鈉飛揚（Nafion）的產品。陰極和陽極材料皆以鉑為主要觸媒，將鉑分布在具導電性高表面積的碳黑載體上。近來拜奈米科技之賜，將只有數奈米的鉑鍍在碳黑或碳粉上，不僅大幅降低鉑的使用量，並且使能量密度得以大幅提升。緊鄰膜電極組體的元件稱為氣體擴散層，該層通常使用經過疏水處理的碳布或碳紙，以避免水分阻塞氣體通道，妨礙燃料或氧化劑由雙極板流至觸媒層。質子交換膜燃料電池的最外層組件稱為雙極板，是一導電隔離板，表面上刻有溝槽，作為氣體流通的通道。
質子交換膜燃料電池以氫氣為燃料，以空氣為氧化劑，因此反應生成物只有水和熱，故水的管理成為很重要的課題。再者，當使用碳氫化合物作為氫氣來源時，除脫硫外更需要將大量的一氧化碳去除，以避免鉑失去觸媒的功效。一般而言，燃料中許可的一氧化碳含量，通常須低於千分之五。質子交換膜燃料電池未來的設計主要應用在電動汽車、電動機車、電動腳踏車及電動工具機的電池組中。電動汽車的製造商包括福特、本田與戴姆樂─克萊斯勒等主要汽車公司，都已陸續
開發出原型機，然而，短期內燃料電池電動汽車，要取代現有使用石化燃料汽車，困難度仍相當高，主要原因為製造成本過高。故中程計畫以油電混合的電動汽車較為可行，而長程規畫則以純燃料電池電動汽車為主。至於電動機車的主要市場在亞洲，包括台灣、中國大陸、泰國與菲律賓等，早期搭配傳統的鉛酸電池作為動力來源，然而由於電池性能與續航力不足、車身過重、充電站不普遍及
價格昂貴等缺點，使得該類型電動機車失去競爭優勢。有鑑於此，國內廠商如亞太燃料電池科技公司，乃投入質子交換膜燃料電池的開發與量產，目前已開發出低於10千瓦功率的低廢氣電動機車，預期可帶動電動機車真正邁入商品化。至於電動腳踏車及電動工具機的應用，目前仍以鋰離子、鎳鎘與鎳氫電池等可充放電
池為主要動力來源。

Answer 2

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Answer 4

這種東西 燃料電池 不僅效能不高
成本非常高 不如用我陳善安發動機
他不會排氣 不燃燒 更不會排出任何物質 因為不用輸入能量 自然也不會有汙染 是目前最強的 等我的公開記者招待會吧

Answer 5

汽車推進方式大變革

卡爾朋馳（Karl Benz）於1886年將他的「專利車」駛出車庫，等於推動了汽車的演進巨輪。汽車的出現不但改變了人類的生活方式，也改變了全球經濟；這些變化在當時真是始料未及。划算的個人交通工具逐漸普及，很容易就可以到達世界各地，同時也繁衍出複雜的工業基礎架構，現代社會於焉成形。

如今，汽車科技將引發另一場革命：這次革命的動力不是石油，而是氫氣。燃料電池（fuel cell）將氫原子分解成質子和電子，用以推動馬達，而排放出來的只是水蒸氣，將可使汽車變得更加環保，汽車不僅能變得更潔淨，也會更安全、更舒適、更加個人化，或許還會更便宜。除此之外，燃料電池汽車還可進一步促使大環境轉向以氫為主的「綠色」能源體系。如果真能實現，能源的使用和生產也將大幅改觀。如此一來，氫燃料電池汽車和貨車將可帶領我們進入美好的未來，在這個未來中，所謂的「個人行動」，也就是獨立行動的自由，將可達到不受限制的程度，不傷害環境，也不耗用地球上的自然資源。

許多要素的配合下，這項巨大的變化似乎越來越可能實現了。首先，以石油為燃料的內燃機雖已相當進步、經濟、可靠，但也終於達到了極限。即使不斷改良，目前的內燃機汽車將燃料內含的能量轉換為動力的效率，仍然僅有20~25%。從毫無法規管制的1960年代至今，雖然美國汽車業界已經大幅減少排放的廢氣（碳氫化合物降低了99%，一氧化碳降低了96%，氮氧化物降低了95%），但持續產生的二氧化碳仍是個問題，因為它可能影響地球的氣候。

即使採用了新科技，石油燃料內燃機的效率最多也只能達到30%，而且無論如何，它仍然會排放二氧化碳。相較之下，氫燃料電池汽車的效率將近是兩倍，因此只需要一半的燃料能源。更大的不同點是，燃料電池排放的副產品只有水和熱。最後一點，氫氣可以由許多種燃料及能源中取得，例如天然氣、乙醇、水（用電加以電解），甚至可再生的能源系統。為了實現這些可能性，已經有許多汽車公司，例如戴姆勒克萊斯勒、福特、通用汽車、本田、PSA寶獅雪鐵龍、雷諾日產和豐田等，正在不斷努力開發燃料電池汽車。

要了解這種科技為何如此具有革命性，必須先了解燃料電池汽車的運作原理。這種汽車基本上就是以電力驅動的車輛，不過馬達的動力並非來自電化學電瓶，而是燃料電池（參見下方插圖）。氫燃料通過電池中的薄膜時，電子被拉開，從而產生電力。產生的電流推動電動馬達，帶動車輪前進，而氫的質子則與氧及電子結合形成水。如果能夠使用純氫氣，則燃料電池汽車就是完全不排放廢氣的車輛了。

燃料電池與內燃機的對決

燃料電池發電裝置︰最高效率為55%
質子交換膜燃料電池包含兩片薄而多孔的電極，分別是陽極與陰極，中間隔著僅容質子通過的高分子膜電解質。電極的一側塗上催化劑，氫進入之後（1），陽極催化劑將氫分成電子與質子（2），電子流出可用來驅動馬達（3），而質子穿越薄膜（4）到達陰極。陰極上的催化劑將質子、流回的電子與空氣中的氧結合起來形成水（5）。


內燃機︰最高效率為30%
大多數汽車採用四衝程內燃機。活塞由汽缸頂端開始做上下運動，帶動曲柄軸旋轉。之後進氣閥開啟，活塞下降，讓油氣混合物進入汽缸。活塞再向上移動，壓縮油氣。接著火星塞點火，點燃燃料霧滴，受壓縮的油氣爆炸，將活塞向下推。最後排氣閥開啟，讓爆炸產物流出汽缸。