燃料電池之技術展望
林姿伶/ 發布日期：2019/09/06/ 瀏覽次數：95
燃料電池的應用範圍廣泛，可作為運輸產業之電力使用，減少碳排放量，或是提供偏遠地區作為離網發電與儲能之用途，成為離網柴油發電機的綠色替代能源。目前，技術廠商與研究單位積極地開發與研究燃料電池之材料、裝置等方法，目的在於降低成本、快速製造，以及提高轉化率。以下將說明燃料電池之技術展望。
一、以新材料技術來增進電池內部反應
(一)直接硼氫化物燃料電池(Direct Borohydride Fuel Cell；DBFC)
技術開發者：美國聖路易斯華盛頓大學。
技術概況：使用硼氫化鈉水溶液作為陽極，氧氣或過氧化氫作為氧化劑，並藉由pH梯度微型雙極介面(pH-gradient-enabled microscale bipolar interface；PMBI)來防止酸鹼電解質相互混合，形成氫離子濃度梯度(pH gradient)，將化學能轉化為電能，具高功率。
應用範圍：無人水下航行器、無人機、電動飛機。
(二)以氨為燃料的新型電池
技術開發者：英國AFC能源公司。
技術概況：使用具有成本效益的氨作為燃料，透過氨裂解來產生氫氣，提供燃料電池發電，主要副產物為水與氮，為清潔能源；該技術在無電解質溶液製造，具快速的反應時間、高功率密度、小體積之特點。
應用範圍：柴油發電機、電網上下游應用、工業、車輛產
(三)用於製氫的自修復(Self-healing)催化劑
技術開發者：瑞士國家科學基金會(nccr marvel)與瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL Vallais Wallis)。
技術概況：開發出用於硼烷氨之催化劑SION-X，經由水解(hydrolytic)、脫氫(dehydrogenation)反應來製氫，具低成本，可作為含有貴金屬催化劑之替代品。該技術在45分鐘內，可進行十次催化再生循環，獲得90％的氫轉化率。
應用範圍：車輛產業。
(四)氫燃料罐之分子篩技術
技術開發者：英國蘭卡斯特大學。
技術概況：開發由氫化錳製成的新材料KMH-1，用於製作儲存氫氣的燃料罐內之分子篩；其中，分子篩的作用是在120個大氣壓下吸收氫氣，當壓力釋放時，從燃料罐中將氫氣釋放到燃料電池中。相較於現有的氫燃料技術，在相同的體積中，藉由KMH-1材料，可儲存多達四倍的氫燃料，提供更高能量密集的氫氣罐，亦適用於更小體積之車輛設計。
應用範圍：車輛產業、無人機產業。
二、新製造裝置、新製程方法之製氫技術
(一)製氫用的熱力學可逆反應器
技術開發者：英國紐卡斯爾大學、愛丁堡大學、杜倫大學、歐洲同步輻射中心(European Synchrotron Radiation Facility)共同合作。
技術概況：傳統生產氫的過程，需要兩個反應器與一個分離裝置，反應器分別提供水與一氧化碳進行反應，分離裝置則是將生成的氫氣與二氧化碳分離，其在熱力學上為不可逆的化學反應。該技術團隊開發出獨特的熱力學可逆化學反應器「氫記憶反應器(chemical memory)」，用於生產綠色氫，反應器中的儲存器由鈣鈦礦相組成，用於防止反應氣體的混合，因此，僅需一個裝置即可完成所有製氫步驟，具有高轉化率、低成本之特點。
應用範圍：車輛產業、能源產業、化學產業。
(二)用於生產氫燃料電池薄膜電極組的新型靜電紡絲(Electrospinning)技術
技術開發者：英國愛丁堡大學與加州理工學院共同合作。
技術概況：靜電紡絲技術可用於製備氫燃料電池薄膜電極組(Membrane Electrode Assembly；MEA)。透過靜電紡絲技術來製造奈米纖維膜，使其具有奈米級的表面積，可提高與氧氣的接觸面積，進而提高電池效率，亦為可快速量產之製程，具成本優勢。
應用範圍：能源產業。
(三)以微生物燃料電池(Microbial Photo Electrochemical；MPEC)產氫技術
技術開發者：普林斯頓大學、科羅拉多大學波德分校、聖地亞哥州立大學、美國能源部的愛達荷國家實驗室、美國國家可再生能源實驗室共同合作。
技術概況：微生物燃料電池為藉由利用太陽光，將廢水光解轉化為氫氣的方法。而獲得的氫可用於生產製造高價值的氨、甲醇，再於製造纖維、肥料、塑膠物等化學品之用途，該製氫技術具有潛在的應用。
應用範圍：車輛產業、工業。
延伸閱讀
資料來源
- Frost & Sullivan