第一章 緒論
1.2 燃料電池的主要分類
迄今已開發出多種類型的燃料電池，依據使用電解質的不同，可 區分為五類[2-6]：
a. 鹼性燃料電池（Alkaline Fuel Cell，AFC）[2, 6]：
鹼性燃料電池為最早成熟發展的燃料電池，使用強鹼（如氫氧化 鉀、氫氧化鈉）為電解質，利用石棉網當作電解質之載體，藉由溶液 中 OH－離子導電。由於 CO 會使催化劑中毒，CO2又會與電解質相結 合形成碳酸鉀，使電解質濃度降低，造成電池效率下降，故 AFC 使 用純氫作為陽極燃料氣體，純氧或脫除含微量二氧化碳的空氣作為陰 極氧化劑，催化劑選用白金、金、銀等貴金屬或鎳、錳、鈷等過渡金 屬。AFC 曾被應用在太空船[ 6]（Apollo and space shuttle, 1960s），因 能量轉換效率高，低溫即可啟動運作，催化劑選擇性多樣，但電解質 為強烈腐蝕性，並不適合民生用途。
b. 質子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，
PEMFC）[ 2]：
質子交換膜燃料電池所使用的電解質為具導電性固態高分子
100℃以下，以使薄膜飽含水分。以氫氣或重組氣為燃料氣體，空氣
或氧氣為氧化劑，且不得含有過量 CO（＜10ppm），以避免毒化陽極
觸媒。
PEMFC 具有能量轉換效率高、高能量密度、低溫即可啟動、電 解質不易洩漏等優異特性，普遍被認為是替代車輛內燃機的最佳動力 來源，目前應用在車輛動力、移動電源以及家用電源等，不適合用在 大容量集中電廠。
c. 磷酸燃料電池（Phosphoric acid Fuel Cell，PAFC）[ 3]：
PAFC 使用的是約 100％的磷酸作為電解質，周圍支撐的基材為 SiC，觸媒使用的是白金，操作溫度約在 150~220℃之間，PAFC 可容
許燃料氣體中或空氣含有少量 CO2，使它成為第一個商業化的燃料電
池。由於運轉的溫度高，可以將廢熱再回收利用，具有效率高、安靜 等優點，但其缺點為反應產生之一氧化碳會使觸媒中毒。PAFC 主要 應用在可移動電源、辦公大樓、醫院、不斷電系統（Uninterrupted power supply，UPS）等。
d. 熔融碳酸鹽燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）[ 4]：
熔融碳酸鹽燃料電池使用的電解質為分佈在多孔陶瓷材料
（LiAlO2）的鹼性碳酸鹽，由於鹼性碳酸鹽須為熔融狀態，才具有較
佳的離子導電度，故操作溫度為 600~800℃。由於必須在高溫下操 作，需使用鎳或氧化鎳分別做為陽極、陰極觸媒。可以使用甲烷、一 氧化碳作為燃料。MCFC 發電的餘熱可回收或與燃氣輪機作複合式發
電系統。由於 MCFC 啟動時間較長，不適合作備用電源，但可作為 分散型電站與集中型電廠的選擇。
e. 固態氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）[ 4]：
其電解質通常為全固態金屬氧化物，也可以說是陶瓷材料，一般 材料為 YSZ（摻入三氧化二釔之氧化鋯，Y2O3-stabilized-ZrO2），成 本低，但是其操作溫度必須在 650~1000℃的高溫下方可運作，且啟 動時間長，不適合用作緊急電源，適合連續式操作的環境，可應用於 發電機組、大型建築物電力輔助系統。操作所需的高溫會導致電極材 料與電解質介面發生反應，使電池內電阻增加。
上述燃料電池之比較，整理並列表於 Table 1-1。
由前述可知，質子交換膜式燃料電池被普遍認為可替代車輛內燃 機的最佳動力來源，但其實際應用上仍遇到許多瓶頸，如薄膜的改 善、氫氣的儲存、觸媒活性的提升、流場板的設計等。其中，本論文 將針對薄膜的改善進行研究與探討。
Table 1-1 Comparisons of various fuel cells[ 7]