燃料電池簡介

燃料電池（Fuel Cell），是一種發電裝置，但不像一般非充電電池一樣用完就丟棄，

也不像充電電池一樣，用完須繼續充電，燃料電池正如其名，是繼續添加燃料以維持其 電力，所需的燃料是氫，其之所以被歸類為新能源，原因就在此。燃料電池的運作原理，

也就是電池含有陰陽兩個電極，分別充滿電解液，而兩個電極間則為具有滲透性的薄膜 所構成。

氫氣由燃料電池的陽極進入，氧氣（或空氣）則由陰極進入燃料電池。經由催化劑 的作用，使得陽極的氫原子分解成兩個氫質子與兩個電子，其中質子被氧吸引到薄膜的 另一邊，電子則經由外電路形成電流後，到達陰極。在陰極催化劑之作用下，氫質子、

氧及電子，發生反應形成水分子，因此水可說是燃料電池唯一的排放物。

燃料電池所使用的氫燃料可以來自於任何的碳氫化合物，例如天然氣、甲醇、乙醇、

水的電解、沼氣…等等。由於燃料電池是經由利用氫及氧的化學反應，產生電流及水，

不但完全無污染，也避免了傳統電池充電耗時的問題，是目前最具發展前景的新能源方 式，如能普及的應用在車輛及其他高污染之發電工具上，將能顯著改善空氣污染及溫室 效應。(台灣燃料電池資訊網，http://www.tfci.org.tw/aboutfc/about1.asp)。

圖 2-1 燃料電池運作說明

資料來源：科學人電子報第十五期 專題：氫燃料電池車乾淨上路 撰文 Steven Ashley 翻譯／張雨青 2007/08/06

如圖 2-1，燃料電池的運作方式與電瓶相似。只要持續供給氫氣與氧氣，燃料電池 夫(William Grove)在一項業餘的實驗中發現了燃料電池的發電原理；但當時因為電極材 料問題，使這項發明未受重視。一八八九年藍吉爾(Charles Langer)與蒙德(Ludwig Mond) 兩位研究者仍嘗試使用煤氣與空氣製作第一具實用的燃料電池，當時也才定下了「Fuel Cell」這一名詞，但未獲得成功。一九三二年法蘭西斯貝肯(Francis Thomas Bacon)發展 出堪稱世界第一具成功的燃料電池裝置，該電池採用氫氣與氧氣為反應物、鹼性溶液電 解質及鎳金屬電極，該設計的突破在於其製作成本遠低於藍吉爾與蒙德當初的設計。同 年伊律格(Harry Karl Ihrig)也展示出知名的燃料電池驅動的二十匹馬力牽引車。

一九五九年由法蘭西斯貝肯(Francis Thomas Bacon)製作出一個五千瓦的燃料電池 組，能夠推動電銲機、電鋸、及堆高機，使這項技術得以走出實驗室，成為第一個鹼性 燃料電池(Alkaline FuelCell ；簡稱 AFC) 。這一年的晚期，Allis-Chalmers 公司的農業 機械生產商 Harry Karl Ihrig 也在製造出第一台以燃料電池為動力的車輛。將一千零八塊 他生產的這種電池連在一起，這種能產生十五千瓦的燃料電池組便能為一台二十匹馬力 的拖拉機供電，上述發展為燃料電池的商業化奠定了基礎。

在一九五零年代末期，NASA 開始建造袖珍型的發電機以用於太空任務中，NASA 資助了數以百計有關燃料電池科技的研究合約，成為太空梭的電力供應系統。一九五五 年，任職於通用電器公司（GE）的化學家 Willard Thomas Grubb 進一步改進了原來的燃 料電池設計，使用磺化的聚苯乙烯離子交換膜作為電解質。一九五八年奇異公司的化學 家 Leonard Niedrach 發明了一種將白金存放在這種交換膜上的方法，從而製造出人們所 知的「Grubb-Niedrach 燃料電池」。此後，奇異公司繼續與美國太空總署合作開發這項 技術，終於使其在 Gemini 空間專案中得到應用。此為第一次商業化使用燃料電池；在

的燃料電池組。一九九五年 Ballard 和 Daimler Benz 公司都生產出每升一千瓦的燃料電 池組。九零年代後，越來越多的力量投入此一領域；商業化的目標指日可待。

2.1.3 燃料電池分類

燃料電池主要是依據其中所使用電解質的材料加以分類。一般可分為鹼液型

（AFC；alkaline fuel cell）、磷酸型（PAFC；phosphoric acid fuel cell）、質子交換膜型

（PEMFC；proton exchange membrane fuel cell）、熔融碳酸鹽型（MCFC；molten carbonate fuel cell）、固態氧化物型（SOFC；solid oxide fuelcell）其中，尚有直接甲醇燃料電池

（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）及金屬-空氣混合型電池等。相關之類別特性如表 2-1。

表 2-1 各種燃料電池特性及優缺點比較

資料來源：工研院整理 2005；經濟部能源局 2007 能源科技研究發展白皮書