204洪琇嫆王净萱黄鸣震：浅谈未来再生能源 燃料电池.pdfVIP

投稿類別：化學類 篇名： 淺談未來再生能源─燃料電池 作者： 洪琇嫆。私立三信家商。高二4 班。 王淨萱。私立三信家商。高二4 班。 黃鳴震。私立三信家商。高二4 班。 指導老師： 陳怡伶老師 淺談未來再生能源─燃料電池  壹●前言 地球氣候暖化的問題是目前全球環保最迫切的課題，各國無不積極進行二氧 化碳排放減量的提倡，加上自十八世紀工業革命起，人類便不斷地開發地球表面 下的資源，使得石油、煤炭、天然氣等被大量且廣泛的應用在各種能源上。隨著 工業化的進展，人類對於這些不可再生資源的依賴與需求，可以說是日益加深， 由於過度的使用，這些無法再生的資源日漸匱乏。然而當石油、煤炭、天然氣將 用盡、能源使用所帶來的汙染，以及溫室氣體排放等帶來的環境問題日益嚴重， 提升能源使用效率、開發不同的能源替代方案，以及如何讓使用能源帶來的汙染 減少，成為目前人類積極發展的重要新能源研發之一。 「燃料電池」就是新能源研發中很重要的一部份。因為燃料電池的產物只有 純水，且原料主要取自於氫氣，不僅解決二氧化碳所帶來的負面影響，更能取代 日漸減少的能源，以及空氣汙染等問題。因此，本文將針對目前科學家積極研發 和推廣的各種燃料電池，做介紹與比較分析，了解燃料電池的原理與其特殊性質， 並對於現今及未來將被如何應用做簡單的探討。 貳●正文 一、何謂燃料電池 （一）燃料電池為何 「簡單來說燃料電池即是以汽油、酒精、天然氣、氫氣、沼氣等燃料、氧氣 為氧化劑，通過化合作用而發電。」（註一）而目前發展中的燃料電池，依照電 解質的不同，可以區分為鹼性燃料電池（Alkaline Fuel Cell ，簡稱AFC ）、磷酸 燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell ，簡稱PAFC ）、熔融碳酸鹽燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell ，簡稱MCFC ）、固態氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ， 簡稱SOFC ）、質子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell ，簡稱 PEMFC ）等五種。 燃料電池的燃料通常為氫氣，或非氫燃料（如甲醇、乙醇、天然氣或其他的 碳氫化合物），由於燃料電池是藉由氫和氧的化學反應做為發電動力的，在發電 的過程中只會有水為產物，因此不會有環境汙染的問題產生，也不會有像傳統電 池一樣，要等待充電時間的耗時問題，可謂為一項當今極具研發前景的新能源。 1 淺談未來再生能源─燃料電池  （二）基本原理 燃料電池顧名思義就是依靠添加燃料，維持其電力，原理和發電機結構相 似，是一種將能源直接轉換的裝置。燃料電池內部的重要核心元件包括：陽極、 陰極以及兩個電極間的薄膜，三者經過熱壓，形成了電極模組，再於外側加上一 層導氣流場板，就可以構成單電池。其主要燃料為氫氣，藉由電池內發生燃料燃 燒反應而將化學能轉換為電能的裝置，負極除作為燃料與電解質的共同介面，並 對燃料的氧化反應作催化；而正極則為氧氣與電解質的共同介面，亦對氧的還原 作催化（如圖一），氫質子、氧及電子間反應產生水分子排放物，也就是一項水 電解過程的逆向反應。 圖一、 「燃料電池工作原理圖」（註二） 二、燃料電池之種類與比較 （一）燃料電池之種類 在近年來的發展中，燃料電池有多種形式的出現，除了最早期出現的鹼性燃 料電池，還有磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態氧化物燃料電池、質子 交換膜燃料電池等種類的燃料電池。而不同的燃料電池除了電解質與可操作的溫 度與壓力有差異外，其他如池體材料、特性、系統效率等亦不相同。 1 、鹼液型燃料電池（AFC ）： 其在80℃低溫下操作，起動快速、效率高而且出力密度大。由於可操作的溫 度低，電極則需要塗敷鎳系及銀系等觸媒，而無需使用成本貴重的白金。因為鹼 液與二氧化碳反應會生成碳酸鹽，造成電解質阻抗增大而導致性能劣