能源產業與我們人類的生活息息相關，不論各種的人類行動，能源均參與.docVIP

綠色電力 安靜、無污染、高效率的燃料電池 能源產業與我們人類的生活息息相關，不論各種的人類行動，能源均參與其中，曾有學者預測：「未來人類的戰爭將是為能源而戰」故隨著能源短缺問題的日益嚴重，愈來愈受到大眾的關注，加以能源使用過程中，不但耗用了大量自然資源，且還造成不少的環境衝擊，使得生態環境遭受破壞之程度超過環境自然復育之能力。因此基於節約能源與環境保護之考慮，有效率又乾淨的使用能源，一直是人們的一個夢想。就電能而言，其來源有水力、風力、太陽能、火力、生質能、燃料電池及核能發電，其中最具市場潛力、不易受天然條件的限制且符合安靜、無污染、高效率的一項能源技術，則非燃料電池莫屬。這項科技之另一特性是電池可微小化及電池的可並聯性，因此應用層面廣泛，從手機、汽機車到社區發電系統都可以此為電源，甚至可做為區域型發電廠，免掉傳統輸配電線路的消耗及損失，也難怪燃料電池被稱為二十一世紀的新能源。限於篇幅，本文將針對燃料電池做一般性介紹，讓大家對綠色電力--燃料電池有一初步了解。 燃料電池的發展史 很多人都會誤認為燃料電池是一項新的科技發明，其實不然，早在1839年英國的一位科學家在從事一項水電解的實驗時，就已發現從其逆反應可獲得電力的可能性，但受限於當時的材質而無法進一步開發為發電裝置。到了1889年，有科學家以煤氣與空氣做為反應物，發展出燃料電池的雛形，並將其命名為「fuel cell」。 二十世紀初期，許多科學家曾致力於燃料電池的研究，但因受限於材料科學及電化學的發展而成果有限。加以當時內燃機已問世，又值石油大舉開採之際，結果造成以電化學方式產生電能的開發工作遭到排擠而中斷。直到1932年，另一位英國的工程師Francis Bacon，採用低腐蝕性的鹼性電解液及便宜的鎳電極製做成氫氧燃料電池，才使得燃料電池往前跨出一大步，並陸陸續續成功製造出5KW、20KW的供電系統，燃料電池技術終於步出實驗室。 1950年代後期，當時國家航空暨太空總署（NASA）為提供一系列太空任務所需電源，開始尋找一種可靠的高功率發電機。經評估之後，認為核能危險性高、傳統電池太重，而太陽能功率低使用不便，因此轉而積極研究燃料電池發電技術。在太空計畫催生下，從1960年代以來所發射升空的太空梭如雙子星（Gemini）、阿波羅（Apollo）都是使用燃料電池做為所有維生系統之動力來源，而其發電過程之副產物—-“水”---更提供艙內溼度調節及太空人飲用水之需，第一位登陸月球的太空人---尼爾?阿姆斯壯曾誇讚燃料電池是太空史上一大功臣。 但是燃料電池並未只侷限在太空計劃的應用，經過七○年代的能源危機及八○年代以來環保意識的抬頭，讓人們想到把這項兼具高效率及乾淨的技術實際應用在工業發電系統及日常生活中，使燃料電池成為繼水力、火力、核能以後的第四種主要發電技術。 發電原理 圖一、燃料電池的基本構造與發電原理 一般人大都能了解水電解的現象，就是當直流電力經過電極進入水中，水便分解成氫氣和氧氣，分別從陰、陽兩極產出，而燃料電池的動作剛好與這個電化學反應現象相反，如圖一所示燃料電池之核心設計包括陽極板（Anode）、陰極板（Cathode）、電解質（Electrolyte）和外部電路（Electric circuit），其工作原理是氫氣通過導氣板到達陽極，在陽極催化劑之作用下，一個氫分子分解成兩個質子和兩個電子，在陰極板上，氧氣（或空氣）通過導氣板到達陰極。同時，質子穿過電解質到達陰極，電子則經外電路到達陰極，形成電流。在陰極催化劑作用下，氧原子與質子和電子發生反應生成水。也就是說當氫氣和氧氣分別輸送到陰、陽兩極，經過與電極上的觸媒反應，直流電和水份便因而產生。故只要保持氫氣及氧氣之來源不斷，燃料電池便能源源不絕地將燃料中的化學能直接轉換成為電力，故又稱為直接能源轉換裝置。 種類與應用 依電極產生氫和氧的機制不同及電解質和操作溫度不同，燃料電池主要有六種類型，分別為鹼性（Alkaline/AFC）、磷酸（Phosphoric Acid/ PAFC）、熔融碳酸鹽（Molten Carbonate/MCFC）、固態氧化物（Solid Oxide/SOFC）、質子交換膜（Proton Exchange Membrane/PEMFC）、直接甲醇（Direct Methanol/DMFC）等。其基本特性與應用區隔，簡示如下表： 種類 AFC PAFC MCFC SOFC PEMFC DMFC 電解質 氫氧化鉀 磷酸 碳酸鹽 氧化物 高分子膜 高分子膜 操作溫度 常溫~90℃ 180~205℃ ~650℃ ~1000℃ 常溫~90℃ 常溫~130℃ 反應物 高純度氫氣 混合氫氣 混合氫氣 混合氫氣 混合氫氣 甲醇 可用燃料 精煉氫氣,電解副產氫氣 天然氣,甲醇,輕