氫氧燃料電池?

Question

氫氧燃料電池的做法、特殊的地方、用在哪以及有哪些好用的好處或壞處，請大家多多告訴我，謝謝

Answer 1

燃料電池的發電藉由外界輸入的燃料 ( Fuels ) 為能量源，使其能持續產生電力，不須二次電池所需的充放電程序。以往燃料電池的研究著重於大型的發電機組，少部份則是關於小型攜帶式電源，近期才開始用以替代電池的應用。

　　以往燃料電池的研發工作集中於磷酸型 ( PAFC，phosphate fuel cell )、熔融碳酸鹽型 ( MCFC，melt carbonate fuel cell ) 與固態氧化物型 ( SOFC，solid oxide fuel cell ) 等，但近來質子交換膜型 ( PEMFC，proton exchange membrane fuel cell ) 已廣被重視而成重點開發技術之一。由於 PEMFC 使用濕潤化 Nafion 型高分子膜作為電解質層，因此操作溫度必須控制在 100 ℃ 以下，此種低溫條件使電極中的白金觸媒對 CO 的抵抗力減弱，造成燃料氣體中的 CO 濃度需要嚴格的限制。然而 Nafion 膜的質子傳輸效率極佳，因而可提高反應使用的電流密度，再加上低溫與非腐蝕性的特性，使得此種電池具有重量輕、體積小、啟動快與機組材料選擇性大等各項優點。

　　也因為前述的各特性，PEMFC 目前正積極應用於車輛動力系統、現場型發電機組與小型攜帶式電力裝置上。前兩種應用，因需考慮燃料處理設備導致系統較為複雜，且須與造價較低的傳統技術競爭，故短期內尚無法商業化。但在小型攜帶電力方面，如筆記型電腦、無線電話、攝錄影機等大多採用高價值的鎳氫或鋰電池的部分，PEMFC 則有機會與之競爭。

圖片參考：http://www.nsc.gov.tw/dept/acro/version01/battery/electric/types/images/basic.gif


　　燃料電池是藉由電池內發生燃料燃燒反應而將化學能轉換為電能的裝置，負極除作為燃料與電解質的共同介面，並對燃料的氧化反應作催化；而正極則為氧氣與電解質的共同介面，亦對氧的還原作催化。燃料電池因電解質不同而有不同的名稱，有磷酸型 ( PAFC，phosphate fuel cell )、熔融碳酸鹽型 ( MCFC，melt carbonate fuel cell ) 與固態氧化物型 ( SOFC，solid oxide fuel cell ) 與質子交換膜型 ( PEMFC，proton exchange membrane fuel cell )等。
　　對於以氫氧作燃料的燃料電池反應示意圖如〔 圖一 〕所示，而其於鹼性溶液中的電極反應為：


正極 1/2O2 + H2O + e- -------> 2OH-
負極 H2 + 2OH- -------> 2H2O + e-
全反應 1/2O2 + H2 -------> H2O

　　上述反應僅為氫氧燃料電池的反應式，對所採取的不同燃料反應亦將有所改變。而為加速電極反應，電極中通常會加入催化劑如鉑，但鉑在 150℃ 時會被 CO 所毒化而失去催化的效果，因此多加入銠或銥於鉑之中。一般而言，對氧氣最佳的催化劑為少量含金或銀的鉑鈀混合物。此外，燃料電池將化學能轉化為電能的效率相當高，約為60%~90%之間。





圖片參考：http://www.nsc.gov.tw/dept/acro/version01/battery/electric/types/images/fuel001.gif

〔 圖一 〕以氫氧作燃料的燃料電池反應示意圖





圖片參考：http://www.nsc.gov.tw/dept/acro/version01/battery/electric/types/images/material.gif


　　在燃料的部分，氫的儲存上通常是以壓縮氣體存於氫氣桶中，而氧則可取自大氣或一樣由鋼桶中的壓縮氧氣提供；但若所採取的是液態燃料，則另需以適當容器盛裝。
　　在電極與電池的組成部分，在此以質子交換膜型 ( PEMFC ) 氫氧燃料電池的結構來說明，如〔 圖二 〕。在上下兩壓板上分別有氧氣與氫氣的進出口，透過流場板的導引使之進行反應；圖中的 MEA ( Membrane Electrode Assembly ) 即為質子交換膜，並加入墊片以防止漏氣。





圖片參考：http://www.nsc.gov.tw/dept/acro/version01/battery/electric/types/images/fuel002.gif

〔 圖二 〕質子交換膜型 ( PEMFC ) 氫氧燃料電池的結構




圖片參考：http://www.nsc.gov.tw/dept/acro/version01/battery/electric/types/images/tech.gif





圖片參考：http://www.nsc.gov.tw/dept/acro/version01/battery/electric/types/images/store.gif

　　


圖片參考：http://www.nsc.gov.tw/dept/acro/version01/battery/electric/types/images/apply.gif


　　燃料電池的應用目前受限於其體積，多用於發電機組上，或亦有用於太空船的部分，〔 圖三 〕為燃料電池部分應用領域示意圖。





圖片參考：http://www.nsc.gov.tw/dept/acro/version01/battery/electric/types/images/fuel003.gif

〔 圖三 〕燃料電池部分應用領域


　　目前的趨勢著重於電動車的應用上，並且已有採用燃料電池發電的電動車出現；以及透過小型化的技術將之運用於一般消費型電子產品。可以預期的是，在技術的進步下，未來小型化的燃料電池將可用以取代現有的鋰電池或鎳氫電池等高價值產品，作為用於筆記型電腦、無線電電話、錄影機、照相機等攜帶型資訊、通訊與電子產品的電源。
　　因為目前使用筆記型電腦的最大不便處多是所用電池的使用時間不足，及充電時間太長這兩點。而燃料電池因為不需充電 ( 僅需補充燃料 )，以及具有較長的使用時間的優勢下，若能再克服一些技術上的瓶頸則將可與現有的二次電池競爭市場。
http://www.nsc.gov.tw/dept/acro/version01/battery/electric/types/fuel.htm

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Answer 4

氫氧燃料電池可應用之範圍相當廣泛,從生活上的手機、PDA、筆記型電腦、電燈、電動工具、可攜式電源,到太空梭、現場型及分散型電廠均可提供動力來源與代替蓄電池使用氫氧燃料電池排放出非常清潔的副產品,幾乎無污染且高效率。 氫氧燃料電池作用原理是以氫氣為燃料, ... 我國業者將氫氧燃料電池運用在電動自行車上,電力用完了,只要加燃料氣即可迅速恢能電能,符合快速環保方便的需求

Answer 5

燃料電池
燃料電池是用汽油、酒精、天然氣、氫氣、沼氣等燃料轉換成電流。可以替代汽車的內燃機，取代筆記型電腦的電池、手機電池、計算機、汽機車、游艇等設備之發電用。充電時，只要清空充滿副產品水的容器，然後再裝進燃料(酒精等燃料)即可。燃料電池，簡單的說，就是一個發電機。燃料電池是火力、水力、核能外第四種發電方法。
以氫氣為燃料、氧氣為氧化劑， 通過化合作用發電，此種燃料電池又叫再生性氫氧燃料電池(regenerative fuel cell，RFC)。氫和氧化學反應生成水蒸氣，不排放碳化氫、一氧化碳、氮化物和二氧化碳等污染物質，排出物是無污染的水。氫氧燃料電池排放出非常清潔的副產品，幾乎無污染且高效率。
氫氧燃料電池作用原理是以氫氣為燃料，和氧氣經電化學反應後透過質子交換膜產生電能，其具備的優點為發電效益高，且最終副產品只有熱能與純水，不會對環境造成任何威脅，相當符合環保交通工具的需求。
研發火箭之專家早在30年前人類第一次登陸月球時，就已使用液態氫和液態氧之燃料電池了。今日汽車製造業才開始i應用到燃料電池。燃料電池汽車是利用氫和氧進行化學反應產生電，然後再以電能進行驅動車輛。燃料電池在德國，被用作潛水艇的動力及用於驅動汽車和居民供電供暖。
日本FCX-V3燃料電池汽車的燃料氫是填充在250個大氣壓下的高壓蓄氫槽裡。2002年12月日本豐田公司與本田公司已出產世界第一批燃料電池汽車。加拿大Mark-900燃料電池，是使用甲醇或氫為燃料，可在零下40oC低溫下工作。大量生產時，燃料電池的成本與現有內燃發動機接近。
我國業者將氫氧燃料電池運用在電動自行車上，電力用完了，只要加燃料氣即可迅速恢能電能，符合快速環保方便的需求，的確是新發明新世紀的電池。氫氧燃料電池關鍵組件是電池內部兩片基板中的薄塑膠質子交換膜，目前仍是杜邦公司的專利權。目前電動車仍多數使用鉛酸電池，部分採用鎳氫電池，而鋰電池仍有成本高及充電時間長等問題；採用燃料電池做為電動自行車電能來源，將使我國電動車產業直接跳過鋰電池，進入燃料電池時代。

燃料電池----深具環保概念

1.概論
燃料電池是利用氫與氧起化學反應變成水狀時的化學能源，直接轉變成電力的發電裝置。即一般含有豐富氫原子的的天然氣巳可推動燃料電池發電。
　

　
2.燃料電池發電實用化現況
省能源且低公害電源的燃料電池之中，最接近實用化的是磷酸型。
世界一些工業國家已開發燃料電池實用化計，燃料電池的特徵之一是發電效率高，其二係同時可利用其排熱，所以最適合使用於汽電共生系統。
　　
3. 100KW燃料電池的基本規則
輸 出 電 力100kW
發 電 效 率40% (LHV)
綜 合 熱 效 率 81% (LHV)
燃 料都市瓦斯(13A)及天然瓦斯
運 轉 形 態系統連結運轉
起 動 時 間冷起動　4 h
暖起動 2.5h
排 熱 85～90℃溫水(181 kj/h)
50℃溫水(270 kj/h)
環 境 特 性NOx:5ppm SOx:無
裝 置 尺 寸2.28m(W)6.5m(L)2.75m(H)
*1 LHV（低發熱量）基準
根據最新研究資料顯示。美國在磷酸燃料電池方面已開發出低價格的200KW 機及巳開始實用化。其發展目標為做出 40,000 小時壽命及降低其成本。要進入該產業的關鍵是開發出高性能的電解質材料，尤其要著重研究及開發出精密陶瓷為電解質的高溫型「固體電解質型燃料電池」之新物料及技術
雖然燃料電池還在發展階段，但在環保與節省能源的考量下，燃料電池將成為二十一世紀發電之星。
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因為氫氧電池中
沒有用到....................碳
所以不會產生二氧化碳
府合環保