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rational@enermaster.com.tw (2011/12/08) MUST(化材系) 燃料電池概論(12) 【德國SFC可攜式DMFC成功(三大)關鍵≒燃料方便性、逐批量產性、利基價值性】

2011H2(MUST化材系)燃料電池概論(12) 德國SFC可攜式DMFC成功(三大)關鍵≒ 燃料方便性、逐批量產性、利基價值性

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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) 2011/12/08@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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案例(EnerMaster)DM(EM-H1000D1)

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

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(EnerMaster)DM(EM-H1000D1)Features ★

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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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(EnerMaster)DM(EM-H1000D1)PK

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FC受矚目的理由(5)電池充電100分/500km

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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FC系統-系統架構 & 技術分工

(PEMFC)MEA(膜電極組)堆疊Cells≒發電Stack

(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)

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◇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。

EMS (電能管理) 餘熱回收 餘水回收

熱管理 水管理

Fuelcell.swf

Integration (整合)

Fuelcell.swf

Stack(燃料電池堆)

Source: www.sglcarbon.com

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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H2高壓700Bar(100L)時FCV方可駛500公里

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/10/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源(5)普及化的問題】

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興登堡事件…氫容易爆炸,太危險? ☉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】

(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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(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)】

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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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低碳@Refom→FCV@2030→零碳@2035

14 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.14)

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日本FCV加氫站…多為Reform(重整)製氫

Source: rational@enermaster.com.tw (2008/07/) 【(全華科技)200808(SCE.Net)圖解新能源百科(6)能源利用的新技術】

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(1998年)美國GM第一輛FCV「Zafira」(甲醇重整+PEMFC)

【RMFC@Pd膜filter純H2】

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/) 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(05)質子交換膜燃料電池】 (p.17)

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(IdaTech)PEMFC(Electra H2-I)5kW(濾H2@鈀膜)

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/07/) 【 (IdaTech.com)PEMFC(ElectraGen)5000W(ElectraGenH2I≒-5℃)(Gen5≒-40℃)】(p.19)

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(IdaTech)RMFC(ElectraGen_XTR)5kW(濾H2鈀膜)

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/07/) 【 (IdaTech.com)RMFC(ElectraGen_XTR)1~5kW】

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(IdaTech)RMFC(ElectraGen _XTR)1~5kW(濾H2@鈀膜)

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/07/) 【 (IdaTech.com)RMFC(ElectraGen_XTR)1~5kW)】

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(IdaTech)RGFC(EtaGen5)0.8~4.6kW(NG,LPG) (濾H2@鈀膜)

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/07/) 【 (IdaTech.com)RGFC(EtaGen5)0.8~4.6kW(NG,LPG))】

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UltracellPower-RMFC-XX25-Spec(1)

20 Min

【RMFC@高溫MEA耐CO】

(p.23)

Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (UltracellPower.com)RMFC-XX25

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UltracellPower-RMFC-XX25-Spec(2)

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CN1846324(Fig.6)RMFC(抗CO@HT膜)含H2回收 燃料電池系統 440

燃燒用甲醇供應管線 27 發電用甲醇供應管線 29

燃料處理器(15)

Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (UltracellPower.com)RMFC-XX25

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燃料電池(20)

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/12/); (Ultracell)F01=F02(CN1846324)高效微燃料電池系統和方法

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SerEnergy提供Microcab(RMFC)3kW(HT)PEMFC ☉丹麥燃料電池設計和生產製造商SerEnergy公司已經成功的將燃料電池增 程器安裝於[Microcab▼]電動《菲亞特Scudo》九座【麵包車10台 ▼】之上﹐據稱﹐安裝了【增程器】之後的電動車其最大行駛距離可以 提高【4倍】。

【DMFC】

☉這種燃料電池增程器以稀釋【甲醇】作為燃料﹐將SerEnergy公司研發的 緊湊型【重整裝置(RMFC)】、【高溫(HT)質子交換膜燃料電池

(PEMFC)系統3kW▼】與【丹麥電池生產商LithiumBalance公司生產的 HYBRID▼電池系統】結合到一起﹐顯著提升了電動車的行駛能力。

Source: rational@enermaster.com.tw ; http://china-hydrogen.org/hydrogen/mix/2011-06-02/477.html (p.27) 【(china-hydrogen.org)20110602(RationalYou)氫能增程技術可以減輕電動車增程煩惱(5)SerEnergy提供Microcab(RMFC)3kW(HT)PEMFC】

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DMFC運作原理

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DMFC的地雷: 直接得6H+,但需牽引18H2O 甲醇:6~10v% 陽極H2O濃度高 A→C的H2O極多

耗能: 1 不斷排出CO2 2.升溫到60℃ 3. 送回1+18H2O

‧陽極:CH3OH + H2O →CO2 + 6H+ + 6e– ‧陰極:3/2 O2 + 6H+ + 6e– →3H2O ‧A→C: 6(H+)x 3H2O=18 H2O﹔∴必須回收19/21(~除濕?) 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】

(p.29)

Source: rational@enermaster.com.tw (2007/11/); (EnerMaster)200710(p118)直接甲醇FC技術的發展(康顧嚴)

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每1kW的DMFC和PEMFC白金(各需100g和1g)

0.4W (cm^2) 0.04W (cm^2)

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(UltracellPower) RMFC vs. DMFC

0.4mg (cm^2)

4.0mg (cm^2) 需能回收水(1+6x3)/21 (類似~除濕機?)

Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (五南出版)燃料電池…原理與應用(衣寶蓮)2005/03 (05)DMFC

(p.31)

Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (UltracellPower.com)RMFC-XX25

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SFC-A25:25~80W,9.7Kg,1.5L/kWh The all-in-one power solution High flexibility and portability

Nominal Power: 25 W Peak Power: 80 W Weight: 9,7 kg Av. fuel consumption: 1,5 l/kWh Temperature range: -20° to + 40°C Noise Level: 40db (A) Various operation modes

【DMFC@SFC】

Direct Power Automatic recharge of batteries

Fuel gauging Compartment for 2,5 Liter Cartridges (p.33)

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SFC-A50:50W, 6.0Kg, 1.1L/kWh

(p.34) Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/)【 (SFC.de)200412(Manfred_Stefener)Portable Direct Methanol Fuel Cell Power Units】

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(SFC.de)DMFC的25,65,90W 都23L約9kG (保固4.5kH)

The high-performance System for long term operation in remote and vehicle applications.

Nominal Power: 50 W Weight: 6,0 kg Av. fuel consumption: 1,1 l/kWh Temperature range: -20° to + 40°C Noise Level: 38 db(A) Full compatibility to existing battery powered systems. Automatic Recharge of batteries Data interface for remote control Fuel gauging Standard Cartridges with 2.5, 5 and 10 Liter (p.35) Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/)【 (SFC.de)200412(Manfred_Stefener)Portable Direct Methanol Fuel Cell Power Units】

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/09/)【 (SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)201005】

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(SFC.de)DMFC(udomi.de)EFOY-PRO採用100%甲醇

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(SFC.de)DMFC(udomi.de)安裝100%甲醇@休旅車

甲醇燃料桶特點: •超高能量密度~ 1100Wh/kg •安規認證 •5年以上的保存期 •全球均有供應佈點(??)

1≒下層或邊緣空間 2≒沙發座位下方 3≒底部儲存空間

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/09/)【 (SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)201005】

(p.37)

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(SFC.de)DMFC(udomi.de)(EFOY)WH@Loder

Source:rational@enermaster.com.tw(2011/09/)【(SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)WH@Loder】

Source:rational@enermaster.com.tw(2011/05/)【(SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)Installation】

(p.38)

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(SFC.de)DMFC(udomi.de)(EFOY)RV@Travel

(p.39)

Source:rational@enermaster.com.tw(2011/09/)【(SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)RV@Travel】

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DMFC能量密度@NB(50Wh)10W始優於LIB Volume, Weight, Cost

Li-Ion Battery including Charger and Cables

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(SFC.de)DMFC(udomi.de)(EFOY-Pro)GSM-2、GSM-GPS-2

Li-Ion Battery

DMFC Path of best technology

~ 50 Wh

~ 200 Wh

Energy [Wh]

(p.41) Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/)【 (SFC.de)200412(Manfred_Stefener)Portable Direct Methanol Fuel Cell Power Units】

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(SFC.de)DMFC(EFOY-PRO)HYBRID≒輸出電壓自動調變

(p.42)

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/09/)【 (SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)201005】

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德國SFC產品技術Roadmap@NB無疾而終

Weight, Volume, Cost Mobile Office P

M

P

△One for all – charges 12V and 24V batteries EFOY-PRO is compatible with 12V and 24V batteries. ▽The integrated charge control system identifies battery voltage and automatically adjusts the charging voltage.】 Source: rational@enermaster.com.tw (2011/09/)【 (SFC.de)DMFC(udomi.de)90W(EFOY-PRO)Series】

M

Power Boy, Laptop DVD-slot

P

2003 (p.43)

2004

2005

Camcorder

2006

2007

Year

(p.44) Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/)【 (SFC.de)200412(Manfred_Stefener)Portable Direct Methanol Fuel Cell Power Units】


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(Hitachi)DMFC其120W採40wt%甲醇0.45L+水0.45L

【DMFC@HITACHI】

(p.45)

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(Hitachi)DMFC(UK-CPI代理)120W效率(只有)22~29%

Source:rational@enermaster.com.tw (2011/10/) 【(Hitachi)DMFC(UK-CPI)120W=7A@DC16.8V,11L,7Kg@Dry,1Kg@Fuel】

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(Hitachi)DMFC(UK-CPI)120W_Market

1Kg 40%估計=120W*4H

Source:rational@enermaster.com.tw (2011/10/) 【(Hitachi)DMFC(UK-CPI)120W=7A@DC16.8V,11L,7Kg@Dry,1Kg@Fuel】

(p.47)

Source:rational@enermaster.com.tw (2011/05/) 【(Hitachi)DMFC(UK-CPI)120W=7A@DC16.8V,11L,7Kg@Dry,1Kg@Fuel】

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應用于房車的零排放燃料電池備用能源 …SFC的DMFC售USD4k~6k …甲醇USD65@便利商店 (sunwise.sh.cn) 20110622 (中國氫能源網)

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SFC的DMFC@房車(備用能源) …售USD4k~6k…甲醇USD65@便利商店(1) □據網站報導﹐房車現在也可以安裝零排放燃料電池備用能源。 ‧德國公司生產的一種裝置可以為那些遠離電網的露營地的夜間照明設備 以及微波爐等電器提供電源。 ☉燃料電池的一個主要用途是作為備用能源使用。 ‧大部分房車露營地都沒有常規電源﹐而汽油發電機有雜訊污染和難聞的 廢氣排出等問題﹐燃料電池備用電源此時就派上了用場。 ☉德國SmartFuelCells(SFC)公司的EFOY直接甲醇燃料電池(DMFC)已經 實現了商業化生產銷售﹐可以為大型房車提供可擕式燃料電池備用能 源﹐售價在4000-6000美元。 ‧該產品使用售價僅為65美元的插入式甲醇燃料罐﹐在歐洲和加拿大 分別有1.5k家和50家便利店提供銷售。

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SFC的DMFC@房車(備用能源) …售USD4k~6k…甲醇USD65@便利商店(2) ☉儘管EFOY的售價略顯昂貴﹐但是房車的價格也是十分高昂的﹐因此從裝 置使用的便利性及環保角度考慮﹐車主會更加傾向於使用這種產品。 ‧據稱﹐SFC已經售出20k台EFOY裝置﹐累計運行時間已經超過800萬小

時。 ‧2006年SFC曾展開市場調研﹐旨在找到輔助動力能源裝置的目標市場﹐ 就在這時房車市場凸顯了出來。 ‧因為美國擁有很多的房車﹐所以它將在2011年底成為SFC的下一個市 場。 ☉此外﹐EFOY裝置同樣也是德國聯邦軍隊的備用電源標準裝備﹐因為與 柴油發電機相比其重量要小得多﹐並且沒有雜訊。

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SFC-EFOY燃料電池為石油和天然氣系統 提供動力(90W以下DMFC) …零下40℃維修和監測 (sunwise.sh.cn) 20110624 (中國氫能源網) Source: rational@enermaster.com.tw ; http://sunwise.sh.cn/index.php/sunwise/showOnews/1014 (p.52) 【 (sunwise.sh.cn)20110624(中國氫能源網)SFC-EFOY燃料電池為石油和天然氣系統提供動力(90W以下DMFC)…零下40℃維修和監測】


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SFC的DMFC(直接甲醇燃料電池)EFOY(90W以下) □據fuelcelltoday報導﹕SFC Energy近日宣佈和加拿大一家石油和天然氣工 業測試控制系統的供應商Ensol Systems達成夥伴關係。 ☉Ensol Systems已經將SFC Energy的EFOY pro(已達商品化階段)的 DMFC(直接甲醇燃料電池)[90W以下]整合到儀錶和電子器械上﹐ 用於石油和天然氣管道的維修和監測。 ‧這些產品已經通過了CSA和ETL電子設備審查並且被設計用於惡劣的條件 如加拿大冬天的極寒天氣。

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SFC的DMFC採用甲醇可於零下40℃供電 ☉像這類設備的離線電源都是太陽能或傳統的發電機供給的﹐特別是在低 於零下40ºC的溫度下﹐目前還存在一些問題。 ‧而EFOY pro燃料電池在零下20℃到45℃範圍內有著100%的可用性﹐一 旦併入Ensol Systems專門設計的隔熱設備﹐在零下40℃也可用。 ☉在石油天然氣工業領域﹐由於電源故障導致的系統儲運損耗不利於生 產。 ‧而光是派人去偏遠地點更換電池或者查找發電機故障所造成的損失就是 很大的。 ‧而EFOY Pro燃料電池可以說是非常適合客戶使用的方案﹐因為其發電能 不受溫度/天氣/季節的影響、燃料物流和安裝非常簡便﹐並且能在任 何地方使用。

Source: rational@enermaster.com.tw ; http://sunwise.sh.cn/index.php/sunwise/showOnews/1014 (p.54) 【 (sunwise.sh.cn)20110624(中國氫能源網)SFC-EFOY燃料電池為石油和天然氣系統提供動力(90W以下DMFC)…零下40℃維修和監測】

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Oorja的DMFC@搬運叉車…甲醇 12L≒12kWH▼=12Hx1kW…駛644Km=12Hx54Km(H) ☉目前位於加利福尼亞州的OorjaProtonics公司對外展示了其液體甲醇燃料電池 技術﹐該技術可以將電動車的行駛里程增加到400多英里(相當於644Km)。 ☉這種新型燃料電池命名為OorjaPacModelIII﹐擁有20kWH(天)[▼

(china-hydrogen.org)20110602(RationalYou) 氫能增程技術可以減輕電動車增程煩惱

12kWH]的能量輸出﹐據公司稱﹐這種技術所提供的能量要高於其他競爭 技術50倍。 ‧OorjaPacModelIII擁有一個12公升[≒12kWH]的甲醇燃料儲存罐﹐在滿載 的情況下可以支援車輛連續行駛12-16小時[1kW12H≒12kWH]。 ☉公司的最初目標市場是物料搬運工業領域﹐其生產的燃料電池可以作為電動 叉車的車載電池充電器/增程器使用。

(sunwise.sh.cn) 20110602 (中國氫能源網) Source: rational@enermaster.com.tw ; http://china-hydrogen.org/hydrogen/mix/2011-06-02/477.html 【(china-hydrogen.org)20110602(RationalYou)氫能增程技術可以減輕電動車增程煩惱】

(p.55)

Source: rational@enermaster.com.tw ; 【(china-hydrogen.org)20110602(RationalYou)氫能增程技術可以減輕電動車增程煩惱 (5)OorjaProtonics(DMFC@搬運叉車)甲醇12L≒12kWH▲=12Hx1kW﹔駛644Km=12Hx54Km(H)】

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摘要 ☉Micro Fuel Cell 系統的發展﹐為電子產品提供長時效運作所需電源之最佳 解決方案﹐本文將針對今年日本燃料電池展與美國Small Fuel Cell會議 發表之小型燃料電池系統﹐ ‧諸如PEMFC、DMFC 、RMFC 、SOFC 等﹐進行整合性系統設計考 量與反應機制探討剖析﹐深入了解可能之應用機會及遭遇之瓶頸﹐ ‧同時也針對國際各廠商之Micro Fuel Cell 系統發展現況﹐進行相關之技 術研究分析﹐以了解現階段市場的發展趨勢﹐做為燃料電池系統開發 設計之參考。

(工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈 盈) 國際MicroFuelCell 發展現況 Dr. Rational You (游李興) (Founder & GM/EnerMaster) 編讀≒導讀(2010/08/) Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】

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前言(1)

前言(2)

△隨著電子產品多媒體且多功能的應用軟體開發﹐搭配無線寬頻的應用技 術﹐提供消費者無時空限制之操作使用情境﹐如何維持電子產品長時效

▽燃料電池因具備綠色環保概念、無污染、能量密度高且安全性佳等特 點﹐已成為新一代電源系統的代表。 ☉燃料電池屬於觸媒催化來分解燃料而產生電力之能源系統﹐燃料種類及 其反應動力限制將影響燃料電池能量密度及小型化發展機會﹐ ‧要了解Micro Fuel Cell 系統發展趨勢﹐就必須針對各種燃料電池進行評估 探討﹐包含其觸媒反應活性及離子移動阻力之膜電極組設計、反應進行 所需燃料及空氣擴散之流路設計﹐ ‧以及輸送流體所需之BOP 元件及系統整合等﹐ ‧以達到系統輸出功率及相關整合工程符合小型化系統之設計需求。

運作電力需求﹐電池將扮演重要角色﹐ ‧但隨著3C 產品電力需求逐年升高﹐2010 年電力將突破500 Wh/L ﹐ 2015 年更高達750~1000 Wh/L ﹐相對於現階段鋰電池材料技術突破及能量 提升幅度﹐仍遠不及電子產品消耗電力需求之增加速度﹐新型電源系統 的開發更是刻不容緩﹐ ‧況且高容量鋰電池應用上﹐安全性仍是被關注之議題﹐因此追求高容量 且安全性佳之電源系統﹐儼然成為主宰電子產品性能優劣之評估重點。

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MicroFuelCell設計之關鍵因子(1)MEA

MicroFuelCell設計之關鍵因子(2)MEA

◇燃料電池的發電原理是利用觸媒催化的化學反應﹐將陽極燃料分解產生氫離子﹐ 經由高分子離子傳導膜傳遞至陰極﹐並與空氣反應產生水﹐藉由化學反應產生之 化學能轉換成電能之發電系統﹐ ‧其中燃料電池發電中心-膜電極組(圖↓)﹐儼然是決定燃料電池功率及燃料效率 之關鍵。 ◎在膜電極組材料設計中﹐導離子薄膜的特性將影響燃料電池操作的溫度範圍﹐ 如: ‧導氧離子之陶瓷薄膜主要應用於高溫SOFC系統﹐雖然在膜電極設計技術已有創新 的突破﹐尺寸可縮小至1 mL/W以下﹐但受操作溫度之使用限制﹐進而影響系統實 用化的進展。 ‧低溫型導氫離子高分子薄膜具有低溫高離子傳導度、操作耐受性及穩定性之特 點﹐已被廣泛應用於MicroFuelCell 系統。 ◎由其電化學反應之極化曲線探討得知﹐其反應阻力源自以下三部分﹕ ‧觸媒催化反應所需克服的能障﹐即反應動力阻力﹔ ‧離子移動之阻力﹐即高分子薄膜導離子之阻力﹔ ‧燃料擴散至反應區所需克服之阻力﹐即質傳阻力﹐ 。每一項阻力皆是主宰燃料電池發電性能之關鍵。

◎在觸媒催化反應阻力的克服﹐燃料分子裂解之活化能高低將影響燃料電池的操作電 壓﹐進而影響其輸出性能及操作效率﹐ ‧如以H2 為燃料之PEMFC 系統﹐Pt 觸媒氧化H2 產生氫離子﹐其極化電壓約0~0.07 V﹔ ‧如使用甲醇燃料時﹐需使用易氧化CO 分子之Pt-Ru 觸媒﹐以提升轉化之效能﹐其極化 電壓較高約0~0.25 V ﹐ ☉為達到最佳燃料使用效能﹐使用燃料搭配合適反應觸媒﹐將可達到性能倍增之效果。 ☉針對高分子薄膜特性的研究﹐薄膜厚度與導電度成反比﹐ ‧為降低薄膜本身導離子之阻抗﹐降低薄膜厚度來減少阻抗是目前開發的趨勢﹐但需面 臨機械強度之考驗﹐ ☉且當燃料使用甲醇溶液時﹐甲醇穿透會造成陰極觸媒氧化而形成混合電位現象﹐易降 低陰極進行氧氣還原反應之效能。 ☉在燃料輸送控制部分﹐氣體擴散層扮演極重要之角色﹐其功能包含電子傳導、燃料輸 送及產物的排放﹐利用材料之孔隙度進行燃料進入觸媒層之流通量管控﹐以達到反應 物均勻輸送的目的。 ‧其材質包括高石墨化之碳紙與碳纖維編織之碳布材質﹐可應用於不同電池堆設計﹐以獲 得最佳之操作特性。

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燃料電池發電中心-膜電極組組成與運作原 理

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MicroFuelCell設計之關鍵因子(3)雙極板 ◇燃料電池除了發電體本身的設計外﹐燃料輸送用石墨雙極板流道設計也是影響電池堆 性能之關鍵﹐ ‧流道設計需符合層流流動規範﹐以最適化之流道設計參數﹐包含流道深寬比 (Dp/W)、流道開孔面積(影響因子Rib、W)、流道流阻…等(圖↓)來獲得較佳之電池 堆性能與燃料效率。 ‧堆疊式電池堆在小型化系統設計中扮演極重要之角色﹐其中石墨雙極板材料規格是一重 要關鍵﹐特別是石墨板厚度將影響電池堆組裝體積與實際體積功率密度﹐ ◎當石墨雙極板薄型化之後﹐機械強度及生產良率將面臨極大之考驗﹐ ‧目前各廠商的成型技術關鍵仍在於碳材料與黏結材料之選用及搭配比例關係﹐以達到 最佳之導電率、機械強度及成型厚度。 ‧另一方面﹐針對電池堆薄型化設計﹐金屬雙極板在機構組裝穩定性及流道沖壓成型 上﹐更具有薄型化之優勢﹐但也必須面臨在操作環境下金屬板腐蝕的考驗。

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MicroFuelCell設計之關鍵因子(4)BOP

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電池堆組成…石墨雙極板與膜電極組

☉MicroFuelCell系統的運作﹐需藉助輔助元件進行燃料的輸送及感應元件量測進行題參 數控制﹐ ‧此BOP (Balance of Plant)元件在系統運作上是需耗費電力﹐且就MicroFuelCell 系統設計 而言﹐此BOP 功耗約占系統輸出功率之10~30% ﹐極大部分之電力被消耗掉﹐對系統效 率是一大損失﹐ ‧另在長時效操作壽命議題上﹐BOP 元件設計也是MicroFuelCell 系統整合重要的一環。

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MicroFuelCell系統特點(0)

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MicroFuelCell系統特點(1)PEMFC

☉根據IEC 規範定義﹐凡是電壓低於DC60V 且輸出功率低於240W 之燃料 電池系統﹐皆須遵守MicroFuelCell 系統設計之規範﹐ ‧其中系統設計的重點仍在追求高輸出功率及高燃料效率﹐以滿足應用系 統的電力需求與長效續航力﹐ ◎其中燃料電池操作點更是影響電池堆性能之重要參數﹐且不同燃料電池 系統之最適化操作點也不同﹐主要針對以下系統做詳細介紹﹕ ‧Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC)﹔ ‧Direct Methanol Fuel Cell (DMFC)﹔ ‧Reforming Methanol Fuel Cell (RMFC)﹔ ‧Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)等。

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☉PEMFC係以氫氣做為發電燃料﹐由於氫氣動力反應阻力較小﹐主宰反 應速率的關鍵來自陰極空氣與氫離子反應成水之程序﹐ ‧此類型燃料電池最適化操作點電壓範圍為0.6~0.8 V 之間﹐ ‧最大放電功率密度隨不同操作條件可達200~800mW/cm2 ﹐ ‧電池堆反應效率高達50~75% ﹐是一環保且反應效率極高之發電系統﹐ △然而﹐MicroFuelCell 系統應用將面臨氫氣燃料攜帶與供應之考驗﹐ ▽就目前氫氣源供應的發展﹐仍以儲氫材料及化學產氫為主﹐ ‧現有儲氫材料效能僅能提供1~8 wt% 之儲氫量﹐在系統輕量化及小型 化將是一大挑戰。 ‧至於化學產氫的發展﹐仍以硼氫化鈉與水反應產氫為主﹐在觸媒轉化 效率上﹐因其反應將釋放熱能﹐有助於反應效率之提升﹐能量密度約為 1800~2200 Wh/Kg ﹐ ◇但有固體硼氧化鈉副產物產生(圖↓)﹐需考慮燃料罐的設計與回收﹐相 對燃料成本較高。 Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】

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硼氫化鈉加水產氫之反應與控制機制

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MicroFuelCell系統特點(2)DMFC ▽DMFC屬於觸媒催化直接裂解甲醇產生氫離子﹐並透過導離子膜將氫離子傳送 至陰極與空氣反應之系統﹐ ‧甲醇燃料的儲存與攜帶﹐在系統機構設計上較氫氣燃料簡化且安全性高﹐是小 型化系統發展的主力﹐ △但因甲醇氧化產生氫離子所需之活化能較高﹐需要較高之極化電位來克服能障 (0~0.25 V)﹐且陰極反應受氧氣還原反應阻力及甲醇穿透之影響﹐加上質子交 換膜之阻抗﹐ ◇最適化操作點電壓範圍為0.35~0.45 V 之間﹐反應效率為25~35% (圖↓)﹐反應 功率密度可達100 mW/cm2 ﹐ ☉在實際反應機制上﹐水是不可或缺之成分﹐因此在系統設計需建立水回收管理之 裝置﹐以維持系統反應消耗所需。 ‧在小型化之系統設計上也透過平面式電池堆的設計﹐建立被動式純甲醇直接供 應的機構設計與流量控制技術及水回收管理之機構設計﹐達到薄型化設計之產 品需求﹐ △雖然反應功率密度僅約25 mW/cm2 ﹐已足夠供應2 W以下之電子產品使用﹐ 在實際搭載電子產品應用的情境﹐已有較明顯實用化之應用實例。

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DMFC系統架構與反應效率估算

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MicroFuelCell系統特點(3)RMFC ☉重組反應甲醇產氫之燃料電池是利用重組器觸媒將約等莫耳之甲醇與水溶液在高 溫200~250°C 反應轉化成CO 與氫氣﹐ △CO 出氣濃度關係重組器設計之複雜度與成本﹐為能提高燃料電池的發電性能﹐ 相對需較多氧化單元處理以降低CO 濃度至ppm 等級﹐系統體積及成本隨之 提升。 ▽另一方面﹐提高燃料電池的操作溫度﹐也可提升觸媒對CO之轉化率﹐但PEM需 改為高溫PBI 膜系列﹐高溫160°C 以上可維持操作之穩定性﹐且不會有陰極水 氾濫之困擾﹐CO 耐受度可提升至~1% 。 ◇實際燃料電池最佳之操作點約為0.6~0.7 V ﹐反應效率約50~60% ﹐若考慮重 組器反應所使用之甲醇溶液(濃度約67 vol%)﹐其整體效率約33~40% ﹐如圖↓ 所示。

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RMFC系統架構與反應效率估算

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MicroFuelCell系統特點(3)SOFC ☉SOFC是以導氧負離子之氧化物材料為電解質﹐與陽極氫氣燃料反 應生成水﹐ ▽由於需藉由高溫來進行氧氣解離成氧負離子的反應﹐溫度操作範圍 約600~800°C ﹐且操作電壓隨溫度提升而增加﹐約0.7~0.8 V ﹐反 應效率達50% 以上﹐ △但由於需較高操作溫度﹐在系統設計上需建立產熱之燃燒系統以提 升系統溫度﹐因此將減損小型化應用之系統效率﹐且系統整合體積 也隨之提升。

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NTT-PEMFC平面式2W、8.25 Wh、144g/ 57mL

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NTT-PEMFC平面式2W、8.25 Wh、144g/ 57mL

□小型化PEMFC 設計仍著重於Stack微小化與氫氣供應源設計為主﹐以獲 得穩定輸出之燃料電池系統﹐ ◇其中(2008/11/)日本NTT 電信發表2W 氫氣燃料電池系統提供手機電源 應用(如圖↓所示) ‧平面式Stack設計有助於薄型化實體實現﹐室溫輸出功率可達200 mW/cm2 ﹐ ‧搭配AB5 儲氫材料且設計壓力降低至2.0 MPa ﹐填裝密度達508 NL/L ﹐ 可裝填6.7 L 氫氣﹐實際提供8.25 Wh 的電量﹐ ‧系統體積可降至57 mL 、重量144 g 。 △主要的困難點仍是啟動開機性能提升及氫氣供應的穩定度﹐以維持系統高 性能之輸出。

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 Kazuya Akiyama﹐《An Air-Breathing Single Cell Micro PEMFC System with AB5-Type Metal Hydride and an Ultra-Low Voltage Input Boost Converter》﹐2008 Fuel Cell seminar and exposition

(p.75)

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 Kazuya Akiyama﹐《An Air-Breathing Single Cell Micro PEMFC System with AB5-Type Metal Hydride and an Ultra-Low Voltage Input Boost Converter》﹐2008 Fuel Cell seminar and exposition

(p.76)


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CEA的PEMFC用MEMS製Stack、NaBH4產氫 (0) ◇(200/4/)法國CEA Liten 發表利用MEMS製程在矽晶圓基材上製作Stack的

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CEA的PEMFC用MEMS製Stack、NaBH4產氫 (1)

方式﹐進行多片式Stack串聯模組設計(圖↓)﹐ ‧同時建立燃料與空氣進出之管道﹐將其體積微小化﹐以維持MEA 發電之 性能﹐ △其中困難點在於各材料塗層均勻塗佈控制及觸媒分散性等問題﹐ ‧而氫氣的供應來源採用NaBH4 材料產氫以克服氫氣攜帶之問題﹐所以燃 料罐的設計必須有氫氣產生速率之控制方法﹐以維持系統氫氣供應之穩 定性。

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 Audrey Martinent-Beaumont﹐「Study and Development of Micro-PEMFC」﹐2009 Small Fuel Cells

(p.77)

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CEA的PEMFC用MEMS製Stack、NaBH4產氫 (2)

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 Audrey Martinent-Beaumont﹐「Study and Development of Micro-PEMFC」﹐2009 Small Fuel Cells

(p.79)

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 Audrey Martinent-Beaumont﹐「Study and Development of Micro-PEMFC」﹐2009 Small Fuel Cells

(p.78)

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Fraunhofer的PEMFC平面式Stack、NaBH4產 氫

◇(2009/4/)Fraunhofer 發表平面式Stack設計﹐應用於氫氣燃料電池系統(圖 ↓)﹐ 著重Stack的小型化及輕量化設計﹐空氣極以低流阻之自然對流 流路設計﹐適合Blower 等低推力元件。 ▽另獨特的電性連結設計﹐可先就Cell進行組裝後﹐再進行Stack疊組裝﹐可 追蹤各Cell性能衰減之狀況﹐ △但在電池組裝均勻性及封裝仍會面臨較大的考驗﹐高功率Stack功率密度可 達260 W/Kg 。 ‧2010 年初已開始搭配相關載具進行系統整合與測試﹐並配合NaBH4 材 料產氫燃料罐之設計開發﹐提供燃料電池系統運作之穩定氫氣供應源。

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 Stefan Wagner﹐「Development and Characterization of Semi Passive PEM FCs」﹐2009 Small Fuel Cells

(p.80)


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Fraunhofer的PEMFC平面式Stack(260 W/Kg)

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 Stefan Wagner﹐「Development and Characterization of Semi Passive PEM FCs」﹐2009 Small Fuel Cells

(p.81)

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SFC的DMFC系統M-25與JENNY-600S

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Aquafairy的PEMFC微型Stack(0.8W/10g/ 7mL)

◇(2009/11/)由GS Yuasa 公司出資成立之Aquafairy 公司發表氫氣微型燃料 電池系統﹐ ‧薄型化Stack設計協助系統體積縮小至僅7 mL 、重量10 g 、最大輸出功 率0.8 W (圖↓)﹐具有極大應用潛力﹐ △但唯有成本及氫氣供應源設計上有所突破﹐才能拓展其應用機會。

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 http://www.zimbio.com/pictures/7adtSH_Z4YW/6th+International+Hydrogen+Fuel+Cell+Expo/FyIt4bcQHWn

(p.82)

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SFC的DMFC系統M-25與JENNY-600S

☉DMFC系統開發廠商中﹐SFC (Smart Fuel Cell)是目前商業化販售最為成功 之DMFC 系統廠商﹐ ‧主要鎖定中低功率燃料電池系統應用﹐目前每年超過20% 營收仍來自軍 方應用﹐期盼在積極擴展產品線後﹐在休閒、野外監測、電動車、電子 相關產品等領域上有爆發性之展望。 ◎另外﹐在小型化系統開發上﹐曾獲得2008年DOD Wearable Power第一名 (M-25) 與第三名(JENNY 600S)之獎項(圖↓)﹐ 顯示其系統開發運作穩 定上有相當不錯之成果﹐ ‧主要發展策略以DMFC 系統及電源轉換器開發為主﹐JENNY 600S 功 率25 W 系統即提供軍方野外測試﹐提升士兵執行野外偵蒐任務時的靈活 度。 ‧同時電源管理裝置開發﹐可調配燃料電池與搭配載具及二次電池之功率 需求﹐達到系統最佳化之操作效率。 ☉另外﹐在野外遙測應用上﹐與太陽電池做結合﹐藉由燃料電池發電來彌 補太陽電池在尖峰與離峰發電功率變動﹐以維持系統穩定功率之需求。 Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 http://www.sfc.com/en/wpp-man-portable.html

(p.83)

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 http://www.sfc.com/en/wpp-man-portable.html

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MTI的DMFC≒回水、排放CO2、克服甲醇穿 透 ☉MTI 公司核心技術主要是利用Stack題結構設計達到內部回水的目的﹐以 節省燃料儲存的空間﹐進而縮小系統體積﹐如圖↓所示。 ‧2009 年起專注於擴展水管理技術﹐來達成溫度0~40°C 及溼度RH 0~100% 之電子產品使用要求﹐ ☉其中透過PEM如PFSA 、碳氫型等薄膜特性及厚度來克服甲醇穿透問 題﹐ ‧並搭配CO2排放等控制手段來提升燃料效率﹐系統輸出功率也可藉由甲 醇供應流量來調控﹐ ☉2010 年初宣稱MEA 在純甲醇條件下可達100 mW/cm2 的水準﹐目前積

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MTI的DMFC≒回水、排放CO2、克服甲醇穿 透

極送樣品給合作廠商進行手機等系統實際測試﹐以得到改善的回饋。

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 http://www.mtimicrofuelcells.com/technology/ breakthrough.asp

(p.85)

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Samsung出25W的DMFC無方向性、耐環境& 防護 ◇Samsung 近期在DMFC 系統開發上﹐專注於無方向性限制及操作穩定特 性之系統設計﹐2009 年發表DMFC 系統淨輸出25 W (圖↓) ﹐ ‧利用氣液分離裝置﹐已達成無方向性且穩定操作之要求﹐ ◎雖然平均燃料效率較差(~20%)﹐但系統設計已考慮環境耐受性之衝擊與 相關防護設計: ‧諸如空氣過濾、水位偵測與保護機制﹐以及溫度平衡控制等﹐ ‧並通過如環境溫度變化、掉落、震動、粉塵等相關安規測試﹐適合軍方 士兵在野外進行偵蒐工作﹐ ‧整體系統已進入實機運作驗證之階段﹐考量上應更貼近實際使用狀況。

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 Seong Kee Yoon et al.﹐「Direct Methanol Fuel Cell Systems for Portable Applications」﹐2009 Fuel cell seminar & exposition

(p.87)

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 http://www.mtimicrofuelcells.com/technology/ breakthrough.asp

(p.86)

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Samsung出25W的DMFC無方向性、耐環境& 防護

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 Seong Kee Yoon et al.﹐「Direct Methanol Fuel Cell Systems for Portable Applications」﹐2009 Fuel cell seminar & exposition

(p.88)


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Toshiba販售Dynario的DMFC薄型化Stack厚度 2cm ◇(2009/10/)Toshiba 公司在日本販售的Dynario DMFC 充電器最受矚目﹐ ‧薄型化Stack設計已可將系統厚度降低至2cm (圖↓)﹐ ‧未來則努力克服厚度限制﹐將DMFC 直接與手機結合。 ‧燃料電池壽命則需搭配Pump 及Valve 等BOP 元件耐受性提升來達成﹐ 期望可應用於更多攜帶型電子產品上。 ◎至於選擇現行燃料補充罐設計的原因包括﹕ ‧符合不同型式及需求之燃料電池使用﹔ ‧符合燃料罐、DMFC 系統與燃料接頭的設計﹐其規範含燃料罐須承受100kgf 擠壓而不漏液﹐燃料罐出口液體排出壓力小於0.1 MPa ﹐與燃料接頭、 燃料電池內部的任何部位須承受液體出口壓力0.2 MPa 以上﹔ ‧增加燃料攜帶內容量等﹐以滿足燃料攜帶安規及最大能量密度之需求。

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 http://www.digitaltrends.com/mobile/toshiba%E2%80%99s-dynario-fuel-cell-charger-lights-up-gadgetswith-methanol/

(p.89)

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Panasonic的DMFC≒20W@外置、100W@可 移動 ☉Panasonic 公司於2008 年10 月發表與筆記型電腦整合的內置式燃料電池系 統與獨立式的外置充電器﹔

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Toshiba販售Dynario的DMFC選擇現行燃料補 充罐

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 http://www.digitaltrends.com/mobile/toshiba%E2%80%99s-dynario-fuel-cell-charger-lights-up-gadgetswith-methanol/

(p.90)

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Panasonic的DMFC≒20W@外置、100W@可 移動

‧外置充電器系統體積為360 mL ﹐大小約為一本平裝書﹐平均功率為10

W ﹐發電效率可達到每mL 甲醇輸出1 Wh 。 ☉2009 年底再度發表新的外置式充電器﹐如圖↓所示﹔ ‧藉由大幅縮減Stack與周邊元件的體積﹐在系統總體積不變的狀況下﹐將 平均輸出功率提升至20W ﹐ ‧並調整MEA上氣體擴散層的甲醇透過率來降低甲醇穿透的狀況﹐使 Stack壽命提升至5000小時以上。 ☉另外﹐基於目前的技術基礎﹐另開發輸出功率100 W 的可移動式發電 機﹐因體積與重量方面較目前使用之引擎發電機輕便﹐有望做為戶外應 用的電源。

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 (p.91) http://fuelcellsworks.com/news/2009/12/28/panasonic-develops-direct-methanol-fuel-cell-system-with-high-power-output-and-durability/

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 (p.92) http://fuelcellsworks.com/news/2009/12/28/panasonic-develops-direct-methanol-fuel-cell-system-with-high-power-output-and-durability/


rational@enermaster.com.tw (2011/12/08) MUST(化材系) 燃料電池概論(12) 【德國SFC可攜式DMFC成功(三大)關鍵≒燃料方便性、逐批量產性、利基價值性】

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Fujikura的DMFC≒4W、無方向、甲醇50%、 氣化@熱管、100mW/cm2

CHEMIX的DMFC≒30W、甲醇以氣態穿越 Porous Carbon Plate

☉Fujikura (藤倉)公司於2010 FC-EXPO 展示平均輸出4 W 的燃料電池系 統﹐外型尺寸150 ×90 ×35 mm ﹐ ‧可無方向限制運作﹐其系統設計並無Pump 及濃度Sensor 元件﹐ ‧燃料濃度為50% ﹐並嘗試利用熱管來傳遞燃料﹐以進行液體輸送與溫度 控制﹐ ‧其中將甲醇加熱至80°C 左右後進行氣化再供應給發電部分﹐ ‧且輸出密度高達100 mW/cm2 ﹐該公司後續的發展值得持續關注。

☉CHEMIX 公司於2010 FC EXPO 展示純甲醇為燃料之30W 系統研究﹐ ‧主要利用三菱鉛筆公司製作厚度0.5 mm 之Porous Carbon Plate ﹐具有高 氣化壓力與阻擋液體通過兩項特點﹐置於甲醇燃料與陽極導電層(開孔 74% 的不銹鋼)之間﹐甲醇燃料以氣態形式穿越Porous Carbon Plate 供陽 極發電﹐ △雖有測試不同燃料濃度、燃料量不同(未佈滿整個PCP)及不同方向操作

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(p.93)

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UltraCell的RMFC≒25W、CO1%、 250mL@9Hrs

◇重組甲醇產氫燃料電池的發展﹐重組器小型化技術仍是 RMFC系統(XX25 開發之關鍵﹐其中以簡化重組器、CO 氧化單元數量之貢獻最為顯著﹐ ‧但也造成出氣組成CO 含量提升至1% 左右﹐對低溫氫氣燃料電池反應是 一大負擔﹐於是BASF 開發出PBI 系高溫膜製成膜電極組﹐解決高濃度 CO 毒化之問題。 ☉在系統發展上﹐以UltraCell 公司所開發之RMFC 系統最為成功﹐25 W 系 統配備250 mL 燃料可提供連續9小時操作﹐燃料效率約27%(圖↓)﹐此系 統並通過如環境溫度變化、掉落、震動、粉塵等相關安規測試﹐已進入 實際販售階段﹐

的結果﹐但並未提及CO2 之排放問題。

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】

(p.94)

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UltraCell的RMFC≒25W、CO1%、 250mL@9Hrs

‧但縮短啟動升溫時間[20分鐘]及延長使用壽命[軍用72小時]仍是 RMFC 努力克服之方向。

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 http://www.ultracellpower.com/sp.php?xx25

(p.95)

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 http://www.ultracellpower.com/sp.php?xx25

(p.96)


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AMI的SOFC其25W≒耐環境、10小時@無人 飛機 ☉雖然SOFC系統之電極組已有極小化的設計﹐但週邊元件配置仍是一 大考驗﹐ ‧AMI 公司是少數投入SOFC系統開發且成果較佳的廠商﹐ ‧主要關鍵技術在於電極極小化設計、高溫操作效率高且毒化問題 小﹐造就AMI 公司在小型燃料電池系統開發的成功﹐並獲得2008 年 DOD Wearable Power 獎項第二名﹐ ◇其中25W 系統也通過相關嚴苛環境之測試﹐包括高低溫測試、鹽 霧測試、風沙測試及震動測試等﹐可說是頗為穩定之系統(圖↓)﹐ ‧但仍需克服系統操作溫度較高、可能增加系統額外的加熱元件與功耗 之議題﹐ ‧目前主要應用於軍方無人飛機及無人偵蒐機器人之電源供應上﹐已 有無人飛機10 小時以上之飛行紀錄。

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 Aaron Crumm﹐「Adaptive Materials and Portable SOFCs﹕Integration﹐Applications﹐and Durability」﹐2009 Small Fuel Cells

(p.97)

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AMI的SOFC其25W≒耐環境、10小時@無人 飛機

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 Aaron Crumm﹐「Adaptive Materials and Portable SOFCs﹕Integration﹐Applications﹐and Durability」﹐2009 Small Fuel Cells

(p.98)

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結論

參考文獻(1)

☉MicroFuelCell 系統的發展﹐燃料效率及輸出功率仍為其開發的兩大主 軸﹐期望達到系統微小化之目標﹐ ‧其中PEMFC 雖擁有大輸出功率﹐但在氫氣燃料攜帶與產氫技術尚未成 熟下﹐實用化將有所限制。 ‧高溫固態氧化物SOFC 系統則有啟動升溫及低溫操作效率問題﹐較適合 大型發電系統之應用。 ‧RMFC 雖克服燃料攜帶之問題﹐但對於啟動升溫時間縮短、高溫MEA 操作耐受性與系統元件整合簡化等議題﹐仍是影響發展的重要關鍵。 ‧DMFC 不僅燃料攜帶方便﹐系統配置較簡單﹐有助於小型化系統實現﹐ 且近年來隨著各廠商積極投入實體應用開發﹐相繼發表商品端應用之時 程﹐似乎也說明正在醞釀另一波實用化時機的來臨。

1. Toshio Suzuki﹐et al. Science 325﹐852 (2009)﹔ 2. Kazuya Akiyama﹐「An Air-Breathing Single Cell Micro PEMFC System with AB5-Type Metal Hydride and an Ultra-Low Voltage Input Boost Converter」﹐2008 Fuel Cell seminar and exposition 3. Audrey Martinent-Beaumont﹐「Study and Development of MicroPEMFC」﹐2009 Small Fuel Cells 4. Stefan Wagner﹐「Development and Characterization of Semi Passive PEM FCs」﹐2009 Small Fuel Cells 5. http://www.zimbio.com/pictures/ 7adtSH_Z4YW/6th+International+Hydrogen+Fuel+Cell+Expo/FyIt4bcQHWn 6. http://www.sfc.com/en/wpp-man-portable.html

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】

(p.99)

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】

(p.100)


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參考文獻(2) 7. http://www.mtimicrofuelcells.com/technology/ breakthrough.asp 8. Seong Kee Yoon et al.﹐「Direct Methanol Fuel Cell Systems for Portable Applications」﹐2009 Fuel cell seminar & exposition 9. http://www.digitaltrends.com/mobile/toshiba%E2%80%99s-dynario-fuel-cellcharger-lights-up-gadgetswith-methanol/ 10. http://fuelcellsworks.com/news/2009/12/28/panasonic-develops-directmethanol-fuel-cell-system-with-high-power-output-and-durability/ 11.http://www.ultracellpower.com/sp.php?xx25 12. Aaron Crumm﹐「Adaptive Materials and Portable SOFCs﹕Integration﹐ Applications﹐and Durability」﹐2009 Small Fuel Cells

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(EnerMaster)燃料電池概論(12)【德國SFC可攜式DMFC成功(三大)關鍵≒燃料方便性、逐批量產性、利基價值性】  

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】,20111208第十二堂【德國SFC可攜式DMFC成功(三大)關鍵≒燃料方便性、逐批量產性、利基價值性】

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