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）”在zai一yi般ban消xiao費fei者zhe心xin中zhong的de模mo樣yang，或huo許xu最zui好hao的de詮quan釋shi方fang式shi為wei隻zhi聞wen其qi聲sheng不bu見jian其qi人ren
，它ta不bu像xiang鋰li電dian池chi已yi融rong入ru我wo們men的de生sheng活huo中zhong，也ye不bu若ruo充chong電dian電dian池chi對dui環huan境jing保bao護hu所suo具ju有you的de重zhong大da意yi義yi。但dan其qi實shi燃ran料liao電dian池chi的de技ji術shu並bing不bu複fu雜za
，早zao在zai 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

ranliaodianchideyuanliqishihenjiandan
，yizuijiandandeqingranliaodianchiweili
，zaiyangjichuqingyuanzihuibeicuihuajifenjieweiqinglizihedianzi，dianzitongguohuiluxingchengdianliu，erqinglizizeshichuanguoyicengdianjiezhibomodaoyinji，bingzhongxinxishoudianziyuyangqifanyingchanshengshui。qingqiheyangqizhuanhuachengshuichanshengdenengliang，bianyoucizhijieyidiannengdexingshishifangchulaile。

雖sui然ran氫qing氣qi的de利li用yong方fang式shi簡jian單dan，但dan能neng源yuan的de儲chu存cun是shi一yi大da問wen題ti
，目mu前qian為wei止zhi仍reng然ran無wu法fa安an全quan地di以yi極ji高gao的de密mi度du運yun輸shu氫qing氣qi，因yin此ci大da幅fu降jiang低di了le它ta的de實shi用yong性xing
，於yu是shi就jiu有you了le直zhi接jie甲jia醇chun燃ran料liao電dian池chi（Direct-methanol fuel cells, DMFC）的設計。DMFC 在(zai)技(ji)術(shu)上(shang)和(he)氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)很(hen)像(xiang)，隻(zhi)是(shi)把(ba)氫(qing)氣(qi)換(huan)成(cheng)了(le)甲(jia)醇(chun)，透(tou)過(guo)鉑(bo)和(he)釕(liao)組(zu)成(cheng)的(de)催(cui)化(hua)劑(ji)後(hou)
，產(chan)生(sheng)氫(qing)離(li)子(zi)和(he)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)，並(bing)由(you)氫(qing)離(li)子(zi)通(tong)過(guo)電(dian)離(li)子(zi)薄(bo)膜(mo)到(dao)另(ling)一(yi)邊(bian)與(yu)氧(yang)作(zuo)用(yong)產(chan)生(sheng)水(shui)，並(bing)在(zai)過(guo)程(cheng)中(zhong)發(fa)電(dian)。

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
、zhongliangyufuzadu。yincigongyanyuantuanduizaixitongneiduozhuangleyikelidianchi，zaipingshikeyijiangduoyudefadianliangchucunqilai，erzaixuyaogaodianlishuchudeshihou
，zekeyiyonglidianchitigongewaidedianli，huoshizuoweiranliaodianchiqidongqiandebeiyongdianli。

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)。