純凈的持續(xù)性能源供應-燃料電池應用優(yōu)勢概論（上）
想像不久的將來,車子不需要加油、電子產品不需要電力燃料、便攜設備不需要使用電池,那將是多么環(huán)保與美好的景象。近幾年來,由于燃料電池(Fuel Cell)的技術獲得創(chuàng)新突破,再加上環(huán)保問題與能源不足等多重壓力相繼到來,各國ZF與汽車、電力、能源等產業(yè)漸漸重視燃料電池技術的發(fā)展。
燃料電池是高效率、低污染、多元化能源的新發(fā)電技術,而燃料電池的發(fā)電系統(tǒng),不但比傳統(tǒng)石化燃料成本低,且有潔凈、高效率的好處,更可結合核能、生物能、太陽能、風能等發(fā)電技術,將能源使用多元化、可再生化和持續(xù)使用。燃料電池使用汽油、酒精、天然氣、氫氣、沼氣等燃料轉換成電流,借由外界輸入的燃料為能量源,使其能持續(xù)產生電力,不需二次電池的充放電程序。充電時,只要清空充滿副產品水的容器,然后再裝進燃料(酒精等燃料)即可。燃料電池,簡單的說就是一個發(fā)電機。燃料電池是火力、水力、核能外第四種發(fā)電方法。
盡管Fuel Cell中文譯為“燃料電池”,但其實它并非電池,而是經由電化學反應產生電能的發(fā)電機,事實上更像一個特殊的環(huán)保發(fā)電機或內燃機。原因在于一般電池為封閉式系統(tǒng),而燃料電池屬于開放式系統(tǒng),它并不儲存能源,而是轉換能源。圖1為燃料電池與內燃機的比較,從中可以發(fā)現它們的相似性,不過燃料電池利用觸媒激活氧化還原反應,直接由燃料氧化產生電能,因此其放電電流可以隨著燃料供應量增加而增大,若再將其串聯成電池堆(fuel cell stack),則可以提供大電流或大電壓,因而具有更高的能源密度。此外,燃料電池沒有電力衰竭及充電的問題,只要持續(xù)供給燃料及氧氣,便可持續(xù)發(fā)電。
圖1 內燃機與燃料電池的比較
燃料電池的組成材料簡單,結構模塊化,使得其應用范圍廣泛,涵蓋緊急備用發(fā)電機、住宅用熱電共生系統(tǒng)、UPS、分布式發(fā)電系統(tǒng)、軍事國防、太空與運輸工具領域、機器人、筆記型計算機、PDA、手機等便攜電子產品、便攜電源、搬運工具、電動輔助/代步車等,被視為是取代傳統(tǒng)石化燃料發(fā)電與電池系統(tǒng)之最佳干凈能源。
燃料電池的起源
可用的資源的短缺讓可重復使用、環(huán)保及能源轉換效率高的新能源技術成為業(yè)界發(fā)展的目標。其中燃料電池技術因低污染、高能源轉換效率的特性,成為近年來最受矚目的新興能源供應技術。其實燃料電池的原始模型很早前就已經被提出。早在1839年,William Grove便提出了最原始的燃料電池模型,其基本原理是依據H2與O2兩種氣體不同的氧化還原電位,藉以獲得可供利用的電壓。圖2所示為Grove的燃料電池模型。為了使氧化還原反應能在室溫或略高于室溫的環(huán)境下發(fā)生,一般在H2端與O2端這兩端的電極都置有觸媒(catalyst)以催化反應,而觸媒的來源通常以穩(wěn)定性佳的金屬如鉑(Pt)為主。隨后的一百多年燃料電池并沒有大的進步,直到上世紀60年代由于燃料電池能提供太空工具所需的能量才逐漸受到重視。目前,即使是在當今的太空工具中,燃料電池仍然持續(xù)扮演供應能源的重要角色。
