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rational@enermaster.com.tw (2011H2@MUST化材系) 【燃料電池概論】

2011H2(MUST化材系)燃料電池概論(08) FCV的FC成本≒JPY1萬/kW …FC壽命≒50萬km/5000Hrs

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本講FC【背景】資料Review

Dr. Rational You(游李興) Founder & GM/ EnerMaster(能碩科技) 2011/11/10@MUST化材系

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FC應用:1~10~100~1kW@身邊、10k~100kW@分散

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/10/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (3)支配人類生活的燃料電池】

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FC受矚目的理由(4) 電池能量&壽命&充電

Source: rational@enermaster.com.tw (2009/12/)【 Taiwanese battery companies, ITRI, by Digitimes 2007/6 (PSI.com.tw)】

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FC系統-系統架構 & 技術分工

案例(EnerMaster)DM(EM-H1000D1)

(1)合金氫罐

BOP (熱與水管理)

(2)高壓氫瓶 (3)加水產氫 (4)改質製氫 FP (Fuel Processor) (燃料處理器)

熱管理 水管理

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EMS (電能管理) 餘熱回收 餘水回收

Integration (整合)

Stack(燃料電池堆) Source: rational@enermaster.com.tw (2011/10/) 【(滄海書局)200803(黃鎮江)燃料電池(01)燃料電池簡介(01-05)燃料電池系統】

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(EnerMaster)DM(EM-H1000D1)Features ★

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/09/)【 (EnerMaster)DM(EM-H1000D1)2010605(Erin).pdf】

(p.7)

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/09/)【 (EnerMaster)DM(EM-H1000D1)2010605(Erin).pdf】

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(EnerMaster)DM(EM-H1000D1)PK

Source:rational@enermaster.com.tw(2011/09/)【(EnerMaster)DM(EM-H1000D1)2010605(Erin).pdf】

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H2高壓700Bar(100L)時FCV方可駛500公里

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興登堡事件…氫容易爆炸,太危險?(5) ☉這兩張照片比較點燃漏氣的氫氣罐與漏油的油箱火災狀況著火60秒後照 片﹐氫火焰已逐漸消退﹐而汽油火焰愈加激烈﹔ ‧經過100秒﹐所有的氫火焰消失和車內完好無損﹐汽車則持續燃燒了幾 分鐘﹐並完全燒毀。

≒60kL 1/1000 ≒2wt.%(250Kg) 1/400 @-253℃ ≒70Kg 1/300

@250~350ATM ≒200L

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(05)汽車用FC】

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(protonenergy.com)HG(HOGEN)S-Series(1) 6.7kWh/m3 [消耗6.7度電→(產氫量可發)1度電]

Source:rational@enermaster.com.tw (2011/09/) 【(protonenergy.com)HG(HOGEN)200Psi≒13.8Bar(S10≒250LPH)(S20≒500LPH)(S40≒1000LPH)6.7kW(NTD4M)】

(p.11)

Source:rational@enermaster.com.tw (2011/03/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源(6)打造一個氫能社會】

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低碳@Refom→FCV@2030→零碳@2035

12 Source:【20091027(MOEA,BOE,ITRI)發展綠能產業與建構低碳社會(03)日本定置型FC(熱電)商業化(Dr.Honda@GasAndPowerCo】 (p.12)


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Reformer產氫: 即時(發電) &純化 (儲存)

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/09/); (工業材料)2007/10(吳俊達)Reformer產氫技術的發展與應用

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(Picture)

Source: rational@enermaster.com.tw 【20111013《燃料電池車銷聲匿跡?》熱潮過去之後≒技術課題被穩步攻克…JPY500萬 @2015…FCV可500km/EV只150~250km】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58118-20110929.html?ref=ML

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家用FC(2011/10)估…數10萬台JPY60~80萬@2015

(Picture)

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…200萬台JPY50萬@2030…SOFC取代PEFC

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TOYOTA/HONDA共用FC組/周邊

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FCV@TOYOTA成本@2008→1/10@2011→1/20@2015

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劃分EV和FCV分界線≒150km

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FCV熱潮過去之後(13) EV和FCV可實現能源的多樣化

150km Source: rational@enermaster.com.tw 【20111013《燃料電池車銷聲匿跡?》熱潮過去之後≒技術課題被穩步攻克…JPY500萬 @2015…FCV可500km/EV只150~250km】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58118-20110929.html?ref=ML

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Stack功率密度…2.0kW/L@2010年(1) ‧評估燃料電池功率密度的單位為kW/L或kW/kg。 ☉1990年時初期,車用燃料電池堆的比功率只有0.05 kW/kg。 ‧若以此比功率輸出設計一個50千瓦的燃料電池堆的話,它的重量高達1000 公斤,體積則佔滿了整個小貨車。 □事實上,除了燃料電池堆以外,燃料電池車必須搭載儲氫槽、發電機、馬 達、逆變器、空氣壓縮機等比較重的零件,因此,如何將燃料電池零件輕 量化是一項非常重要的工作。 ◎就燃料電池堆本身結構而言,它是由一個個單電池所重複堆疊而成的,每 一個單電池則是由雙極板(或流場板)、膜電極組(MEA) 、墊圈等元件所 接合而成。 ‧膜電極組非常薄﹐相對地﹐以石墨為材料的雙極板的兩側必須刻畫氫氣與 空氣的通道﹐同時要確保通氣體通路的暢通與強度的維持若要薄型化是有 困難的。

本講FC【補充】資料Review

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Stack功率密度…2.0kW/L@2010年(2)

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燃料電池Stack的構造

△早期﹐雙極板的厚度為5釐米左右﹐而一個車用燃料電池堆大約是由400 單電池所堆疊而成﹐因此﹐燃料電池堆厚度高達2公尺。 ‧後來﹐開發出射出成型或壓鑄成型的塑膠碳板﹐厚度降低到1釐米左 右﹐燃料電池堆的體積因此大幅縮小。 ▽目前﹐各車廠積極開發厚度更薄的金屬雙極板﹐不僅功率密度進一步提 升﹐整個燃料電池堆的結構強度也為之提昇。 ‧因此﹐如此緻密化的設計已大大地提昇電池堆的功率密度。 ‧將目前已經有燃料電池車的底板作成雙層的構造﹐並利用雙層的間隙來 收納燃料電池堆與其系統的零件。 ▽著名的燃料電池公司加拿大Ballard(巴拉德)﹐在2005 年所生產的燃料電池 堆功率密度已經達到1.47 kW/L﹐ ‧而美國DOE(能源部)所規劃的目標﹐在2010年燃料電池堆的功率密度必須 達到2.0 kW/L﹐從目前的趨勢來看﹐這個目標並不難達成。

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Ballard的Mark 1030第三代Stack …重量輕40%、體積小26%

膜電極組(MEA)

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(PEMFC)MEA(膜電極組)堆疊Cells≒發電Stack ◇當一組燃料電池運轉時﹐工作電壓為0.6~0.8V﹐這意味著﹐要產生足夠 的電壓﹐需要把許多電池串聯起來﹐構成一個電池組﹐如圖↓所示。

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DaimlerChrysler的NECAR 燃料電池車 (a)第一代NECAR 1(1994)

(b)第五代NECAR 5(2001)

Fuelcell.swf

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FC的Stack功率密度…2.0kW/L@2010年

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FC售價(kW)USD30@2010、USD15@2015(1) □如何降低成本是燃料電池車實用化最大的問題,而燃料電池堆佔了大部分燃料電 池車的成本。 △在燃料電池車開發初期,每kW燃料電池堆的成本大約是一萬美元(約33萬新台 幣), ‧而一部燃料電池車需要50kW的電池堆,因此,光是燃料電池堆就得花上50萬美 元,這個成本高的驚人。 △目前,車用燃料電池是使用氟系高分子電解質膜。這種高分子電解質膜材料與 一般石化業的塑膠材料不同, ‧它是經過好幾段複雜的合成過程,因此價格非常高,大約與NTD200紙鈔面積的大 小相當。 ▽在成本降低方面﹐是朝減少使用量的薄化方式進行﹐由於薄化不僅可以降低成本 也可以提高燃料電池的性能﹐可說是一石二鳥。 ‧高分子電解質膜從最早的厚度為200µm 減少到目前約30µm。 ‧然而薄化也會發生強度不夠的問題﹐因而開發一種與補強材料結合的複合膜。 ▽此外﹐開發更便宜的電解質材料(例如碳化氫高分子膜)也是降低成本的方式之 一。

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FC售價(kW)USD30@2010、USD15@2015(2)

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FC售價(kW)USD30@2010、USD15@2015(3)

△車用燃料電池反應溫度低﹐主要是使用了白金等貴金屬觸媒。 ‧由於能夠替代白金且價格便宜的觸媒不多﹐ ▽於是目前研究走向是設法將白金粒子微小化以增多其表面積﹐再進一步將反應區 集中而將使用量減低。 ‧另外﹐開發新的回收技術將白金回收再利用也是很重要的發展方向。 △使用石墨板材料之雙極板必須經過非常緻密的燒結程序才可兼顧導電性與強 度﹐過程相當耗時﹐而在堅硬的石墨板表面上作精密的溝槽加工則所費不貲。 ▽目前已經開發出可以大幅降低成本與縮短時間的射出成型或壓鑄成型的製造技 術。 ‧此外﹐採用表面改質的金屬薄板也是目前積極開發將低成本的技術之一。 ▽巴拉德公司的車用燃料電池堆的成本 ‧在2005 年已經可以降到USD75 /kW﹐ ‧而根據美國能源部的規畫﹐2010 年的目標值為USD30 /kW﹐ ‧而最終目標(2015 年)則是要降到USD15 /kW。 Source:rational@enermaster.com.tw (2011/03/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源(5)普及化的問題】

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FC售價(kW)USD30@2010、USD15@2015(4) 車輛開發向成本削減邁進 …FC成本≒JPY1萬/kW …FC壽命≒50萬km/5000Hrs功率↓30%

(日經BP社)2011/10/18 《燃料電池車銷聲匿跡?》專輯(3)

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FCV向成本削減邁進(02)剩下的就是COST↓

FCV向成本削減邁進(03)FC成本≒JPY1萬/kW

□為了在2015年向市場投放燃料電池車(FCV)﹐目前車輛開發和氫供給基礎 設施建設均加快了速度。 ▼[車輛開發]方面﹐《耐久性》和《低溫動作》方面已經有了眉目﹐ 《車輛價格》也計劃先實現【500萬日元】。 ‧[氫供給基礎設施建設]方面﹐為削減建設費用﹐世界各國開始推動相 關法規的合理化。 ☉為了從2015年開始上市FCV﹐車輛開發和氫供給基礎設施的建設二者缺一 不可。 ‧其中﹐車輛開發方面﹐耐久性和低溫動作方面的課題已經有了解決的眉 目﹐剩下的就只是專注于[削減成本]了。

☉其實﹐計劃2015年導入新型車的汽車廠商已經逐漸確定了車輛的基本性 能參數和車輛的預定價格。 ‧▼2015年導入的FCV﹐其【燃料電池系統】的《目標成本》為【1萬日

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元/kW】﹐估計《豐田、日產、本田》均【已達成】了這一目標。 ☉不過﹐為了實現在2030年全面普及﹐需要進一步將燃料電池的系統成本減 半(圖◆1)。 ‧而且﹐要想大幅削減燃料電池組和氫燃料罐等燃料電池系統主要部件的 材料成本﹐就必須推進包括改進材料等在內的基礎研究。

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FCV向成本削減邁進(04)導入@2015…普及@2030

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FCV向成本削減邁進(05)100處@2015…法規@2015 ☉在氫供給基礎設施方面﹐日本與海外各國相比﹐對安全對策的法規較為

嚴格。因此﹐如果按照現有規定運營加氫站﹐不但建設費用高﹐便利性方 面也存在嚴重阻礙。 ☉即便如此﹐要想在2015年之前先設置100處左右的加氫站﹐從加氫站的設計 和施工時間來考慮﹐如果不在2013年之前驗證基礎數據並推進法規的合 理化﹐時間上就來不及了。 ☉另外﹐為了在2025年設置約800~1000處加氫站﹐必須進行可進一步降 低建設費用的技術開發以及實現能抗衡原油價格的氫燃料開發。

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FCV解決課題≒耐久、低溫、低成本化(詳述於後)

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FCV向成本削減邁進(07) 50萬km/5000Hrs功率↓30% ☉尤其是耐久性和低溫動作﹐汽車廠商一致表示﹐阻礙2015年上市的「技 術課題基本都解決了」。 ‧耐久性方面﹐通過掌握MEA(膜/電極接合體)劣化的原因﹐提高了MEA的 耐久性。 ‧同時﹐▼為了使系統不出現導致MEA劣化的【過電流、過電壓】﹐對電 流和電壓實施高精度的控制。由此﹐確保了【20萬km/5000小時】的 乘用車目標壽命。 ☉例如﹐▼TOYOTA表示﹐「行駛【50萬km/5000Hrs】後燃料電池組 也不會損壞﹐只是會出現輸出功率【降低30%】左右的劣化」(圖◆3)。 ‧乘用車的性能方面已經沒有問題﹐不過為了用於行駛距離更長的商用車 和卡車等﹐廠商計劃實現【60萬km/5000Hrs】的耐久性。 ☉低溫動作方面﹐通過徹底管理發電單元內的水分﹐以及在工作時使發電 單元發熱﹐溫度達到0℃以上而使純凈水不結冰等﹐可在-30℃的溫度 下工作。

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FCV向成本削減邁進(08) 50萬km/5000Hrs功率 ↓30%

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FCV向成本削減邁進(09)價格JPY500萬@2015 ☉從技術上解決耐久性和低溫動作課題﹐車輛開發中殘留的一大課題就只 剩低成本化了。目前已經有望實現2015年上市時的車輛目標價格【500

萬日元】。 ‧車輛成本主要通過【燃料電池組、氫燃料罐、配件】…等三種主要部件 降低。其中﹐佔燃料電池系統一半成本的是燃料電池組。 ☉燃料電池組方面﹐各公司正努力提高發電單元的輸出功率以及削減白金 (Pt)觸媒轉換器中的【Pt用量】。

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FCV向成本削減邁進(10)STACK採IMF後2.5kW/L

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FCV向成本削減邁進(11)STACK採IMF後2.5kW(L)

☉NISSAN宣佈﹐如果採用2010年開發的MEA﹐可將燃料電池組的輸出密 度提高至【2.5kW/L】﹐是2005年開發品的2.5倍、2008年開發品的1.25 倍(圖◆4)。 ‧採用該MEA﹐僅需【40L】的容積即可實現【100kW】的燃料電池組。 ‧這一體積完全能配備在地板下方。 ☉新開發品的特點是﹐採用了【IMF(Integrally Molded Frame﹔一體成形框 架)】構造﹐在MEA週邊以射出方式形成樹脂框架並實現了一體化。 ‧由此﹐可消除MEA邊緣部分的氫氣洩漏和電流損失﹐能提高發電單元 的性能。

Source: rational@enermaster.com.tw 【20111018《燃料電池車銷聲匿跡?》車輛開發向成本削減邁進…FC成本≒JPY1萬/kW…FC (p.43) 壽命≒50萬km/5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html

Source: rational@enermaster.com.tw 【20111018《燃料電池車銷聲匿跡?》車輛開發向成本削減邁進…FC成本≒JPY1萬/kW…FC (p.44) 壽命≒50萬km/5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html


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FCV向成本削減邁進(12)STACK成本USD45/kW@每年20萬輛 ☉另外﹐只需重疊IMF就能構成電池組﹐因此無需使用構造部材和連接部件 等﹐可大幅削減部件數量﹐實現了小型化和低成本化。 ‧據NISSAN介紹﹐採用開發的MEA的燃料電池組成本基本已經達到了美國 能源部(DOE)的目標值[注1]。 [注1]DOE規定﹐每年量產【50萬輛】時的燃料電池組目標成本為【45

美元/kW】。NISSAN稱﹐將其換算為每年量產【20萬輛】時的成本 後﹐水準基本相同。

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FCV向成本削減邁進(13)STACK性能提高了約2~2.5倍 ☉不僅是NISSAN﹐近年來﹐幾乎所有開發FCV的汽車廠商都在持續進 行發電單元和MEA的基礎研究﹐與最初的FCV相比﹐將單元基本性能提 高了約【2~2.5倍】。 ‧由此﹐可將單元面積/數量【減半】﹐大幅削減了MEA的材料成本。 ☉TOYOTA表示﹐通過改進隔膜肋部的氣體供給、提高發電面整體的排 水性、優化隔膜肋部與GDL(氣體擴散層)的接觸間隔﹐可將單元的輸

出密度提高至【2倍】 (圖◆5)。

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FCV向成本削減邁進(14)TOYOTA改進STACK氣體供 給性、排水性、導電性→ (性能提高約2~2.5倍)

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FCV向成本削減邁進(15)解說≒TOYOTA改進STACK 氣體供給性、排水性、導電性→(性能提高約2~2.5倍)

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FCV向成本削減邁進(16)STACK性能提高約2~2.5倍

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FCV向成本削減邁進(17)Pt成本降至JPY10~20萬 @2015 ☉Pt觸媒轉換器方面﹐通過提高利用率以及實現高活性化﹐與2000年初的 FCV相比﹐Pt用量減少到了【1/5~1/10】。 ‧估計一輛FCV的Pt用量為【20~40g】左右﹐每輛車的材料成本由最初的

數百萬日元大幅削減至【JPY10~20萬】。 ‧因此﹐在【2015年】上市的FCV中﹐Pt觸媒轉換器的成本好像已經達到了 目標值。 ☉不過﹐要想全面普及FCV﹐還要進一步減少Pt用量。 ‧所幸研究開發的方向已經明確。 ‧目前﹐「Pt觸媒轉換器的Pt利用效率還很低﹐只有【幾十%】﹐如果能 提高利用效率﹐便能削減成本」(TOYOTA中央研究所電氣化學研究部特 命主任森本友)。

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FCV向成本削減邁進(18)Pt-Co可1.5倍Pt(輸出密度)

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FCV向成本削減邁進(19)Pt-Co可1.5倍Pt(輸出密度)

☉此外﹐Pt觸媒轉換器的高活性化方面也有很大的研究餘地。 ‧其中﹐與Pt觸媒轉換器相比因能在空氣極實現高活性化而備受關注的﹐是 Pt與Co(鈷)的【合金Pt-Co觸媒轉換器】。 ‧田中貴金屬工業宣佈﹐利用Pt-Co觸媒轉換器﹐可實現Pt觸媒轉換器約 【1.5倍】的高輸出密度(圖◆6)。 ‧「目前還是利用Pt觸媒轉換器的燃料電池較多」(田中貴金屬工業技術開 發部門FC觸媒轉換器開發部副部長小椋文昭)﹐因此通過改用Pt-Co觸媒 轉換器﹐估計可進一步削減Pt用量。

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FCV向成本削減邁進(20)Co@核殼+ Au&Pd@內核+Pt

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FCV向成本削減邁進(21)Co@核殼+ Au/Pd@內核+Pt

☉在將來的基礎研究中﹐備受期待的是用Pt包覆貴金屬和基礎金屬內核的 「核殼觸媒轉換器」。 ‧在新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)的項目「PEFC(固體高分子形燃 料電池)實用化推進技術開發」中﹐正將其作為低白金化技術研發。 ☉與標準的Pt觸媒轉換器相比﹐「採用金(Au)內核和採用鈀(Pd)內核分別 獲得了【5倍】和【6倍】的高活性(品質活性)」(同志社大學理工學部功 能分子及生命化學科教授稻葉稔)。 ‧今後計劃縮小貴金屬內核的直徑﹐並開發採用Co等基礎金屬內核的核 殼觸媒轉換器﹐以進一步實現高活性化(圖7)。 ☉如果能通過上述舉措將每輛FCV的Pt用量減至【10g】左右﹐「便能以目 前的引擎車利用的廢氣觸媒轉換器相同的水準估算成本」(TOYOTA)﹐ 這將推動FCV的全面普及。 Source: rational@enermaster.com.tw 【20111018《燃料電池車銷聲匿跡?》車輛開發向成本削減邁進…FC成本≒JPY1萬/kW…FC (p.53) 壽命≒50萬km/5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html

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FCV向成本削減邁進(22) 700大氣壓CFRP罐≒JP50萬 ☉燃料電池組在迅速推進低成本化﹐而氫燃料罐的成本削減卻非常難。 ‧從填充一次的續航距離最大化和容積最小化的觀點出發﹐各汽車廠商均計 劃在2015年上市時使用70MPa的高壓氫燃料罐。 ☉不過﹐據說僅強度部材——外殼使用的【CFRP(碳纖維強化樹脂)】的材 料成本就需要【50萬日元】以上。 ‧為此﹐各廠商一直在努力減少氫燃料罐的數量、降低使用的CFRP的等級 以及削減製造成本。 ☉例如﹐本田為了削減2008年租售的「FCX Clarity」的成本﹐將氫燃料罐 數量由原來的兩個減為一個﹐大幅減少了部件個數。

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FCV向成本削減邁進(23)製造時間5小時→10分鐘 ☉而TOYOTA更勝一籌﹐該公司通過自行製造氫燃料罐來削減成本。 ‧據TOYOTA介紹﹐該公司沒有採用飛機等使用的高品質CFRP﹐而是正 與材料廠商共同開發低成本CFRP。 ☉另外﹐為降低製造成本﹐大幅縮短了製造時間。 ‧最初每個氫燃料罐的製造時間約為5小時﹐而現在縮短為約10分鐘。 ☉即便如此﹐要想在2030年全面普及﹐從成本和小型輕量化觀點來看﹐似 乎也很難持續利用高壓氫燃料罐。 ‧今後需要開發組合使用輕量低成本氫儲藏材料和高壓氫燃料罐等的新 技術。

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FCV向成本削減邁進(24) 與EV共用部件、停用加濕 ☉配件方面﹐將通過與【EV(電動汽車)、HEV(混合動力車)】共用燃料電池 系統及氫燃料罐以外的部件、消除專用品﹐從而徹底削減成本。 ‧例如馬達﹐本田和NISSAN宣佈「將面向FCV開發的產品用到了EV 上」﹐推進了通用化。 ‧另外﹐關於FCV配備的充電電池﹐計劃使用面向HEV開發的鋰離子充電 電池。

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TOYOTA的FCV部件(與EV共用)、加濕(停 用)@100℃、散熱器(小型化)

☉除此之外﹐還出現了極力去除燃料電池系統配件的趨勢。 ‧其中﹐TOYOTA預定停用此前必須使用的加濕模組(圖◆8)。 ‧該公司表示﹐由於能在燃料電池組內進行高效的水管理﹐可以去掉高溫 工作時需要的加濕模組。 ‧而且﹐在100℃下也能穩定工作﹐所以還能縮小散熱器的尺寸。

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FCV氫法規合理化(01) 100處@2015…JPH2管JP耐壓4倍

氫基礎設施法規趨於合理化 …H2管JP耐壓4倍 …加氫站≒JPY5~6億→JPY2億@2015 …H2價格@2015≒JPY60~80/L@天然氣 →JPY40~65/L@生物燃料

☉在FCV車輛開發的順利進展中﹐令各大汽車廠商頭疼的是氫基礎設施的構 築﹐即加氫站的建設。 ‧在日本國內﹐三大汽車廠商(豐田、日產、本田)就2015年之前率先設置【100

處】《加氫站》與【10家】《氫氣供應商》達成了一致﹐並於2011年1 月發表了共同宣言。 ☉但▼日本對【氫】安全對策的法規要比歐美嚴格。 ‧氫氣的管道【耐壓】安全係數方面﹐歐美的規定為【2.4~3倍】﹐而日

本的規定要達到【4倍】﹐因此為增強管道《強度》﹐需要增加《厚度》﹐

(日經BP社)2011/10/19 《燃料電池車銷聲匿跡?》專輯(4)

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從而導致【成本】上升。

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FCV氫法規合理化(02)加氫站JPY5~6億@2011 ☉另外﹐儲藏設施與汽油加油機的距離要在8m以上﹐充氫機與公路的距 離要在6m以上﹐所以加氫站需要大面積的土地。 ☉因此﹐▼如果按照該規定建設【加氫站】﹐每座加氫站需要花費【5億~

6億日元】﹐是歐美的【2.5~5倍】。

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FCV氫法規合理化(03)加氫站JPY2億@2015 ☉針對產業界的這種要求規定合理化的願望﹐日本政府也開始行動起來。 ‧在2010年6月通過內閣會議決定後宣佈﹐「為了在2015年開始普及FCV﹐ 將支援加氫站等氫供給基礎設施的建設」。 ‧與此同時﹐為了大幅降低加氫站等氫供給基礎設施的建設成本﹐日本政府 開始重新審視《高壓氣體安全法》中規定的壓力容器設計標準及可用

鋼材的限制等規定。

☉此外還有很多限制﹐比如﹐不能與《加油站》內的加油機【並設】、運輸 車輛只能運輸【約60輛FCV的氫氣】、禁止用戶自己充氫﹐等等。所 以﹐要求規定合理化至與歐美相當的呼聲越來越強烈。

☉2010年12月﹐在相關省廳(經濟產業省、國土交通省、消防廳)的共同努力 下﹐日本公佈了「旨在從2015年開始普及燃料電池車加氫站的法律規定 重新檢查相關工程表」﹐為推進法規合理化﹐將對16個項目進行技術驗 證(表◆1)。 ☉其中4個項目NEDO已經開始驗證﹐還有10個項目被NEDO委託給氫供給 和應用技術研究協會(HySUT)及高壓氣體安全協會(KHK)﹐為了在2013年 使法規合理化﹐現已開始提出數據並與行政機關進行調整。 ‧如果上述措施能夠順利推進﹐【2015年】每座加氫站的建設成本有望

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FCV氫法規合理化(03)加氫站法規重新檢查表@2015

【降至2億日元】以下。

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FCV氫法規合理化(05)CH燃料@加氫站 ☉在日本的氫基礎設施建設動向中﹐讓人深感興趣的是一個名為HySUT的 研究組合。該組合的目的是進行氫基礎設施構築的實證研究﹐以2009~ 2015年度為期限設立﹐由汽車廠商及氫氣供應商[▼CH燃料]等16 家民營企業和兩個團體組成[注2]。 [注2]HySUT由吉坤日礦日石能源、出光興產、岩谷產業、大阪燃

氣、川崎重工業、科斯莫石油、西部燃氣、昭和殼牌石油、大陽日 酸、東京燃氣、東邦燃氣、豐田、日產、日本液化空氣(Air Liquide)、本田技術研究所、三菱化工機【16家】公司﹐以及日本工 程協會和石油能源技術中心兩個團體組成。 ☉從附帶期限這一點也可以看出﹐該團體成立的目的是為了在2015年之前解 決加氫站建設存在的課題。 ‧有三家汽車廠商參加更是傳遞了汽車廠商構築氫基礎設施的決心之大。 ‧不過﹐2013年以後的加氫站建設「將取決於各民營企業的意向﹐哪家企 業會如何推進將進行自由競爭」(HySUT)。 Source: rational@enermaster.com.tw 【20111019《燃料電池車銷聲匿跡?》氫基礎設施法規趨於合理化…H2管JP耐壓4倍…加氫站 (p.63) ≒JPY5~6億→2億@2015】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58334-20111017.html

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FCV氫法規合理化(06) 70MPa高壓燃料罐

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FCV氫法規合理化(07) 氫脆化安全性TEST

☉在促進規定合理化等加氫站的低成本化研究開發不斷加速的過程中﹐大學 和研究機構變得越來越重要。 ‧例如﹐九州大學于2004年設立了氫能源國際研究中心。 ‧2006年產業技術綜合研究所在九州大學伊都校區內設立了氫材料尖端科學 研究中心(HYDROGENIUS)﹐新一代燃料電池、氫製造儲藏技術及氫測 量技術的開發研究基地在這裡聚集(圖◆9)。 ☉這些研究基地收集了氫及氫基礎設施相關材料的基礎數據﹐持續穩步進行 了研發﹐從而推動了規定合理化、使【70MPa】等【高壓燃料罐】的 利用成為可能。

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FCV氫法規合理化(08) H2價格@改質天然氣

FCV氫法規合理化(09) H2價格@改質生物燃料

☉通過推進規定合理化﹐加氫站的建設費用已經有望降低﹐但直接關係FCV 用戶利益的氫價格成了將來亟需解決的問題。 ▼在日本﹐精煉石油時產生的副產氫氣以及通過【改質天然氣】產生的 【氫氣】將成為2015年的重要供給源。氫的目標價格按汽油換算為【60 ~80日元/L】﹐ ▲但在【2015年】的初期導入階段﹐從加氫站的建設費用和維護管理方面考 慮﹐如果沒有【政府的補助金】﹐業務很難成立。

▲因此﹐[歐美]開始出現【不使用化石燃料】製造氫氣的趨勢﹐而是利用 大規模水力發電和風力發電的剩餘電力【電解水】來製造﹐[美國]通 過《改質生物燃料》製造氫氣。 ▼DOE發表肯定預測稱﹐利用【生物燃料】製造氫氣的成本在2015年之前 按汽油換算可削減至約【0.5~0.8美元(約40~65日元)/L】。 ☉將來原油價格仍會繼續暴漲﹐日本又會利用什麼方法製造氫氣呢﹐必須要 根據日本的能源戰略進行考慮。

▼不過﹐面向【2030年】的普及﹐必須構築起【無需補助金】的業務模式。 ▲美國DOE表示﹐到【2020年】要使氫的目標價格按汽油換算為【0.8~1.6 美元(60~130日元)/L】。 ▲屆時﹐估計加油站的原油價格不含稅將是【1.2美元(約95日元)/L】﹐暴 漲至【2005年的4倍】多。 Source: rational@enermaster.com.tw 【20111019《燃料電池車銷聲匿跡?》氫基礎設施法規趨於合理化…H2管JP耐壓4倍…加氫站 (p.67) ≒JPY5~6億→2億@2015】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58334-20111017.html

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HySUT@氫高速公路BUS…三處加氫站 □▼日本【HySUT(氫供給和應用技術研究協會)】與【富士通】宣佈﹐在 燃料電池BUS車的基礎設施建設實證業務中﹐構築了【加氫站集中管 理系統】。 ‧▼對【東京都杉並區、東京都大田區、千葉縣成田市】…三處等設置的 加氫站中【氫的庫存狀況、加氫資訊、加氫站的運轉資訊、燃料電 池車的行駛資訊】…等進行管理。 ‧此次的系統是作為日本經濟產業省「氫利用型社會系統構築實證業務」的 一環——「氫高速公路項目」構築的。

氫供給和應用技術研究協會與富士通 構築「加氫站集中管理系統」 …HySUT …三處加氫站@氫高速公路BUS (日經BP社)

2011/03/02 (技術在線) Source: rational@enermaster.com.tw 【20110302(技術在線)氫供給和應用技術研究協會與富士通構築「加氫站集中管理系 統」…HySUT…三處加氫站@氫高速公路BUS】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/tren/55441-20110301.html

(p.69)

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HySUT@氫高速公路BUS實證數據

Source: rational@enermaster.com.tw 【20110302(技術在線)氫供給和應用技術研究協會與富士通構築「加氫站集中管理系 統」…HySUT…三處加氫站@氫高速公路BUS】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/tren/55441-20110301.html

(p.70)

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HySUT@氫高速公路BUS…概要示意圖

☉▼【氫高速公路項目】利用【三處】加氫站﹐定期在高速公路上運行燃

料電池BUS等﹐針對氫的【製造、運輸、儲藏、應用】…等進行實證 實驗。 ‧利用新開發的管理系統﹐能夠即時掌握加氫站通過調配氫或為燃料電池 車加氫而帶來的氫總量的增減。 ‧在獲得加氫站自身運轉資訊的同時﹐還可獲得燃料電池車的行駛數據。 ☉HySUT的目標是﹐在2015年之前驗證並解決氫供給基礎設施的社會接受 性和業務可行性相關的課題。 ‧將根據該系統獲得的實證數據﹐確定氫供給的穩定流程並驗證業務模 式。

Source: rational@enermaster.com.tw 【20110302(技術在線)氫供給和應用技術研究協會與富士通構築「加氫站集中管理系 統」…HySUT…三處加氫站@氫高速公路BUS】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/tren/55441-20110301.html

(p.71)

Source: rational@enermaster.com.tw 【20110302(技術在線)氫供給和應用技術研究協會與富士通構築「加氫站集中管理系 統」…HySUT…三處加氫站@氫高速公路BUS】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/tren/55441-20110301.html

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(EnerMaster)燃料電池概論(08)FC成本≒JPY1萬/kW…FC壽命≒50萬km/5000Hrs  

(RationalYou)20110908始,受邀於(明新科技大學)化學工程與材料科技系授課【燃料電池概論】,20111110第八堂:FC成本≒JPY1萬/kW…FC壽命≒50萬km/5000Hrs

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