燃料電池大進擊：工研院改良結構與材料，提升使用效率與便利性

科技新報消息：“燃料電池（Fuel cell）”zaiyibanxiaofeizhexinzhongdemoyang，huoxuzuihaodequanshifangshiweizhiwenqishengbujianqiren，tabuxianglidianchiyirongruwomendeshenghuozhong，yeburuochongdiandianchiduihuanjingbaohusuojuyoudezhongdayiyi。danqishiranliaodianchidejishubingbufuza
，zaozai 1838 年就由德國化學家提出概念
，美國航太總署 NASA 在這半世紀以來也將它使用在衛星、太空船上等尖端科技上。燃料電池之所以難以走入一般生活中

，主要還是在於現有的幾種燃料各有各的缺點。

燃料電池的原理與限製

燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)原(yuan)理(li)其(qi)實(shi)很(hen)簡(jian)單(dan)，以(yi)最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)為(wei)例(li)，在(zai)陽(yang)極(ji)處(chu)氫(qing)原(yuan)子(zi)會(hui)被(bei)催(cui)化(hua)劑(ji)分(fen)解(jie)為(wei)氫(qing)離(li)子(zi)和(he)電(dian)子(zi)，電(dian)子(zi)通(tong)過(guo)回(hui)路(lu)形(xing)成(cheng)電(dian)流(liu)，而(er)氫(qing)離(li)子(zi)則(ze)是(shi)穿(chuan)過(guo)一(yi)層(ceng)電(dian)解(jie)質(zhi)薄(bo)膜(mo)到(dao)陰(yin)極(ji)
，並(bing)重(zhong)新(xin)吸(xi)收(shou)電(dian)子(zi)與(yu)氧(yang)氣(qi)反(fan)應(ying)產(chan)生(sheng)水(shui)。氫(qing)氣(qi)和(he)氧(yang)氣(qi)轉(zhuan)化(hua)成(cheng)水(shui)產(chan)生(sheng)的(de)能(neng)量(liang)，便(bian)由(you)此(ci)直(zhi)接(jie)以(yi)電(dian)能(neng)的(de)形(xing)式(shi)釋(shi)放(fang)出(chu)來(lai)了(le)。

suiranqingqideliyongfangshijiandan，dannengyuandechucunshiyidawenti，muqianweizhirengranwufaanquandiyijigaodemiduyunshuqingqi，yincidafujiangdiletadeshiyongxing，yushijiuyoulezhijiejiachunranliaodianchi（Direct-methanol fuel cells, DMFC）的設計。DMFC zaijishushangheqingranliaodianchihenxiang，zhishibaqingqihuanchenglejiachun，touguoboheliaozuchengdecuihuajihou，chanshengqingliziheeryanghuatan，bingyouqinglizitongguodianlizibomodaolingyibianyuyangzuoyongchanshengshui，bingzaiguochengzhongfadian。

DMFC 的特點，是能源密度高，而且在各種環境下（-97.0℃ 到 64.7℃）都(dou)能(neng)保(bao)持(chi)液(ye)態(tai)。然(ran)而(er)它(ta)也(ye)有(you)缺(que)點(dian)

，就(jiu)是(shi)甲(jia)醇(chun)在(zai)高(gao)濃(nong)度(du)下(xia)會(hui)直(zhi)接(jie)穿(chuan)過(guo)電(dian)解(jie)質(zhi)薄(bo)膜(mo)與(yu)另(ling)一(yi)邊(bian)的(de)氧(yang)氣(qi)反(fan)應(ying)
，降(jiang)低(di)電(dian)壓(ya)，所(suo)以(yi)利(li)用(yong)時(shi)必(bi)須(xu)將(jiang)甲(jia)醇(chun)與(yu)水(shui)配(pei)成(cheng)大(da)約(yue) 3% 濃度的溶液，將甲醇直接穿過薄膜的損耗降到最低。但這麼一來就表示燃料中有絕大部分是不參與反應的水
，非常地浪費體積與重量啊！

改良結構設計，讓燃料電池更接近你我

工gong研yan院yuan材cai化hua所suo蔡cai麗li端duan組zu長chang與yu其qi所suo領ling導dao的de團tuan隊dui，改gai變bian了le電dian解jie質zhi膜mo與yu電dian極ji的de結jie構gou設she計ji，並bing且qie改gai變bian了le觸chu媒mei表biao麵mian的de材cai料liao
，讓rang燃ran料liao電dian池chi在zai燃ran燒shao過guo程cheng中zhong產chan生sheng的de水shui
，可ke以yi被bei回hui收shou利li用yong，回hui到dao陽yang極ji去qu稀xi釋shi高gao濃nong度du的de純chun甲jia醇chun參can與yu反fan應ying，如ru此ci一yi來lai就jiu可ke以yi以yi未wei稀xi釋shi的de高gao濃nong度du甲jia醇chun作zuo為wei燃ran料liao。在zai甲jia醇chun燃ran料liao的de持chi續xu供gong應ying下xia

，目mu前qian設she計ji出chu來lai的de 1W 功率 DMFC，已經可以做到 7,000 小時的連續運轉。

除此之外，雖然 DMFC 有著非常高的能量密度，但其實單一模組能提供的功率會被化學反應所需的時間限製，所以並不算太高
；如果要串連多個模組的話，又會大幅增加體積、重zhong量liang與yu複fu雜za度du。因yin此ci工gong研yan院yuan團tuan隊dui在zai係xi統tong內nei多duo裝zhuang了le一yi顆ke鋰li電dian池chi

，在zai平ping時shi可ke以yi將jiang多duo餘yu的de發fa電dian量liang儲chu存cun起qi來lai，而er在zai需xu要yao高gao電dian力li輸shu出chu的de時shi候hou
，則ze可ke以yi用yong鋰li電dian池chi提ti供gong額e外wai的de電dian力li，或huo是shi做zuo為wei燃ran料liao電dian池chi啟qi動dong前qian的de備bei用yong電dian力li。

直接甲醇燃料電池（DMFC）

蔡麗端組長表示，目前工研院材化所開發的 1W~300W DMFC，預(yu)期(qi)可(ke)以(yi)在(zai)野(ye)外(wai)監(jian)測(ce)和(he)戶(hu)外(wai)休(xiu)閑(xian)上(shang)使(shi)用(yong)。例(li)如(ru)在(zai)一(yi)些(xie)偏(pian)遠(yuan)地(di)區(qu)

，無(wu)法(fa)從(cong)電(dian)網(wang)供(gong)電(dian)的(de)地(di)震(zhen)儀(yi)
，或(huo)是(shi)水(shui)道(dao)閘(zha)門(men)上(shang)用(yong)來(lai)精(jing)確(que)控(kong)製(zhi)供(gong)水(shui)量(liang)的(de)監(jian)測(ce)器(qi)等(deng)。燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)在(zai)供(gong)電(dian)上(shang)遠(yuan)比(bi)太(tai)陽(yang)能(neng)或(huo)風(feng)力(li)要(yao)來(lai)得(de)穩(wen)定(ding)，而(er)且(qie)體(ti)積(ji)小(xiao)電(dian)力(li)足(zu)
，如(ru)果(guo)是(shi)露(lu)營(ying)的(de)時(shi)候(hou)帶(dai)上(shang)一(yi)台(tai)的(de)話(hua)，可(ke)能(neng)連(lian)用(yong)微(wei)波(bo)爐(lu)都(dou)不(bu)是(shi)問(wen)題(ti)。或(huo)許(xu)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)與(yu)我(wo)們(men)生(sheng)活(huo)的(de)距(ju)離(li)，已(yi)經(jing)沒(mei)有(you)那(na)麼(me)遙(yao)遠(yuan)了(le)。