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          氫能源燃料電池
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          氫能燃料電池汽車動力來源

          2019-12-12

          氫能燃料電池汽車動力來源

          燃料電池的優勢,科技手段中,尚沒有一項能源生成技術能如燃料電池一樣將諸多優點集合于一身。

          能源安全性。自1970年代的石油危機后,各大工業國對石油的依賴仍有增無減,而且主要靠石油輸出國的供應。美國載客車輛每日可消耗約600萬桶油,占油料進口量之85%。若有20%的車輛采用燃料電池來驅動,每日便可省下120萬桶油。

          國防安全性。燃料電池發電設備具有散布性的特質,它可讓地區擺脫中央發電站式的電力輸配架構。長距離、高電壓的輸電網絡易成為軍事行動的攻擊目標。燃料電池設備可采集中也可采分散性配置,進而降低了敵人欲癱瘓國家供電系統的風險。

          高可靠度供電。燃料電池可架構于輸配電網絡之上作為備援電力,也可獨立于電力網之外。在特殊的場合下,模塊化的設置(串聯安裝幾個完全相同的電池組系統以達到所需的電力)可提供極高的穩定性。

          燃料多樣性?,F代種類繁多的電池中,雖然仍以氫氣為主要燃料,但配備「燃料轉化器(或譯重組器,fuel reformer)」的電池系統可以從碳氫化合物或醇類燃料中萃取出氫元素來利用。此外如垃圾掩埋場、廢水處理場中厭氧微生物分解產生的沼氣也是燃料的一大來源。利用自然界的太陽能及風力等可再生能源提供的電力,可用來將水電解產生氫氣,再供給至燃料電池,如此亦可將「水」看成是未經轉化的燃料,實現完全零排放的能源系統。只要不停地供給燃料給電池,它就可不斷地產生電力。

          高效能。由于燃料電池的原理系經由化學能直接轉換為電能,而非產生大量廢氣與廢熱的燃燒作用,現今利用碳氫燃料的發電系統電能的轉換效率可達40~50%;直接使用氫氣的系統效率更可超過50%;發電設施若與燃氣渦輪機并用,則整體效率可超過60%;若再將電池排放的廢熱加以回收利用,則燃料能量的利用率可超過85%。用于車輛的燃料電池其能量轉換率約為傳統內燃機的3倍以上,內燃引擎的熱效率約在10~20%之間。

          新能源電池

          環境親和性??茖W家們已認定空氣污染是造成心血管疾病、氣喘及癌癥的元兇之一。Z近的健康研究顯示,市區污染性的空氣對健康的威脅如同吸入二手煙。燃料電池運用能源的方式大幅優于燃油動力機排放大量危害性廢氣的方案,其排放物大部份是水份。某些燃料電池雖亦排放二氧化碳,但其含量遠低于汽油之排放量(約其1/6)。

          燃料電池發電設備產生1000仟瓦-小時的電能,排放之污染性氣體少于1盎斯;而傳統燃油發電機則會產生25磅重的污染物。因此,燃料電池不僅可改善空氣污染的情況,甚可能許給人類未來一片潔凈的天空。

          可彈性設置/用途廣。燃料電池的迷人之處在于其多樣風貌。除了前述的集中分散兩相宜的特點外,它還具有縮放性。利用黃光微影技術可制作微型化的燃料電池;利用模塊式堆棧配置可將供電量放大至所欲的輸出功率。單一發電元所產生的電壓約為0.7伏特,剛好能點亮一只燈。將發電元予以串接,便構成燃料電池組,其電壓則增加為0.7伏特乘以串聯的發電元個數。

          燃料電池的劣勢主要是價格和技術上存在一些瓶頸,摘列如下:

          燃料電池造價偏高:車用PEMFC之成本中質子交換隔膜(USD300/m2)約占成本之35%;鉑觸媒約占40%,二者均為貴重材料。

          反應/啟動性能:燃料電池的啟動速度尚不及內燃機引擎。反應性可藉增加電極活性、提高操作溫度及反應控制參數來達到,但提高穩定性則必須避免副反應的發生。反應性與穩定性常是魚與熊掌不可兼得。

          碳氫燃料無法直接利用:除甲醇外,其它的碳氫化合物燃料均需經過轉化器、一氧化碳氧化器處理產生純氫氣后,方可供現今的燃料電池利用。這些設備亦增加燃料電池系統之投資額。

          氫氣儲存技術:FCV的氫燃料是以壓縮氫氣為主,車體的載運量因而受限,每次充填量僅約2.5~3.5公斤,尚不足以滿足現今汽車單程可跑480~650公里的續航力。以-253℃保持氫的液態氫系統雖已測試成功,但卻有重大的缺陷:約有1/3的電能必須用來維持槽體的低溫,使氫維持于液態,且從隙縫蒸發而流失的氫氣約為總存量的5%。

          氫燃料基礎建設不足:氫氣在工業界雖已使用多年且具經濟規模,但全世界充氫站僅約70站,仍值示范推廣階段。此外,加氣時間頗長,約需時5分鐘,尚跟不上工商時代的步伐。

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