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篇名 能原之星　甲醇燃料電池-DMFC 作者 李振華。國立林口高級中學。2年11班 陳學翰。國立林口高級中學。2年11班 前言 石化能源的有限性一直是人們口中較常說出的話題，加上環保意識抬頭，許多國家決定重金開發新的替代能源以迎接資源短缺的未來。而燃料電池(Fuel Cell)的相關技術日新月異，已經引起了國際間的重視，無論政府抑或私人營利企業，都對這一方面的開發充滿興趣，於是愈來愈多種類的燃料電池問世。 甲醇燃燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell） A.高效率直接將燃料中的化學能轉換成電能，和一般傳統的發電方式不同 B.低污染比一般傳統火力發電方式更清潔，沒有含硫、的問題，更沒有核能發電核廢料的問題，其生成物只有水和熱 C.無噪音在發電時，不需其它移動機件的配合，因此沒有噪音問題。 D.用途多 E.免充電一般電池是將能量貯於電池本體中，用完後即捨棄，或充電後再重複使用。是由燃料中的化學能提供能源，它並不含在電池本體結構中，因此只要持續不斷地供給燃料，燃料電池便可以不停地發電 DMFC的工作原理 圖一：甲醇燃料電池工作原理圖(註十四) DMFC主要包含：質子交換膜、兩個流道、兩個電極、兩個觸媒層共七個主要區域。[參考圖一](註一)質子交換膜(PEM)作為電解質轉移的傳導體，同時隔絕陽極與陰極的反應物。電池左側提供甲醇水溶液為陽極，右側提供空氣或氧氣為陰極，其陽、陰極是由多孔且導電的碳粉(含有催化性極高的觸媒)或鉑所組成，提供極大的反應表面積且提供燃料和產物很暢通的流道。(註三) 簡而言之，其反應大致為︰甲醇燃料經注入陽極酸性溶液中，在觸媒催化下氧化產生二氧化碳與氫離子，氫離子移動至陰極，參與氧氣在陰極被還原成水的反應並發電。反應方程式如下： 陽極(Anode)反應：CH3OH+H2O→CO+6H++6e- E =-0.02V 陰極(Cathode)反應：O2+4H++4e-→2H2O E=1.23V 總反應：CH3OH+3/2O2→CO2+H2O △E=1.21V 整個反應流程可由圖二表示之。 圖二︰甲醇燃料電池反應示意圖(註四) DMFC有何過人之處？ DMFC與其他常見的燃料池的差異性，我們從表二、表三可以一探端倪。 表二︰DMFC的裝置中和以往的燃料電池的差異性(註五) 1.除去了燃料的蒸餾器或轉化器 2.除去了高壓和高溫 3.除去了轉化型燃料電池複雜的水和熱力處理系統維持溫度和壓強的平衡 4.除去了內部加熱冷卻金屬板的需要 5.除去了轉化技術中適度控制過程，如果沒有這個過程將導致膜變乾破裂。直接甲醇燃料電池的液態環境提供了穩定的溶液環境 6.很大程度上由於除去了昂貴複雜佔空間的轉化器，顯著地降低了系統的大小和重量 7.DMFC是用雙槽結構可以用非金屬，輕而易取的材料製成，和金屬材料相比大大降低了成本 說明︰ 1.基本上，DMFC是不需要蒸餾器或轉化器就能運作的，直接靠觸媒轉換就行。 2.DMFC在室溫且壓力低的狀態下即可運作。 3.其系統非常簡易，不太需要其它繁雜的系統促使其正常運作。 4.直接甲醇燃料電池的液態環境提供了穩定的溶液環境。 表三︰燃料電池，優、缺點比較表。 常見燃料電池總類「優點」 「缺點」 磷酸燃料電池(PAFC) 1.對CO２的活性小 2.廢熱可再利用 1.對CO的活性大 2.工作溫度高 3.成本高、過了輸電功率高峰值後，性能下降 熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 1.對CO的活性小 2.廢熱可再利用 3.可用空氣作為氧化劑，很方便 4.可用天然氣或甲烷作為燃料 1.工作溫度較高 固態氧化物燃料電池(SOFC) 1.對CO的活性小 2.廢熱可再利用 3.可用空氣作為氧化劑 4.可用天然氣或甲烷作為燃料 5.在高溫下反應，不需要依賴觸媒的特殊作用 1.工作溫度過高，內建於便攜式電器的可能性較低 鹼性燃料電池(AFC) 1.啟動快 2.可在室溫常壓下運作 3.低腐蝕性 4.在低溫的狀態下較易選擇材料 1.需使用高純度的氫氣作為燃料 2.需以純氧作為氧化劑成本高 質子交換膜燃料電池(PEMFC) 1.啟動迅速 2.體積小、重量輕、壽命長、低腐蝕性 3.輸電功率高且可以隨意調整 4.可以在室溫正常運作 5.可用空氣作為氧化劑 6.在低溫的狀態下較易選擇材料 1.對CO的活性非常大 2.反應物需加濕方可運作 甲醇燃料電池(DMFC) 啟動迅速 2.體積小、重量輕、壽命長、低腐蝕性 3.輸電功率高且可以隨意調整 4.可以在室溫正常運作 5.可用空氣作為氧化劑 6.在低溫的狀態下較易選擇材料 1.對CO的活性非常大 說明： 由表三可知，DMFC與PEMFC是兩個較具有發展潛力