高溫型質子交換膜燃料電池與雙極板之高溫化學 穩定驗證技術

一、前　　言

隨著石化能源逐漸減少、溫室效應所造成 的氣候變遷以及環保意識抬頭，世界各國無不 致力於尋找新的替代能源如太陽能、風力、地 熱、氫能源等，期能達到生態永續發展及減少 環境汙染之目的。在這些新興能源中，氫能源 是備受矚目的發展項目之一。而燃料電池即為 使用氫燃料進行發電的裝置，使用氫氣作為燃 料，氧氣作為氧化劑，進行電化學反應後即可 將化學能轉換為電能。由於產生的副產物僅有 水與熱能，相較於內燃機所排放的廢氣及噪音 等，是十分潔淨的能源使用方式，對於環境汙 染的減緩有極大助益。

在種類眾多的燃料電池中，質子交換膜燃 料電池(PEMFC)具有高功率密度、啟動快、操 作溫度低等特點，在可攜式消費電子商品及汽

機車等交通工具的應用上佔有優勢。PEMFC所 用之各零組件如圖1所示。目前一般PEMFC操 作溫度大多低於80^oC，主因是內部所用的關鍵 零組件-質子交換膜限制了操作溫度的範圍，

最常用的材料是由杜邦公司所開發的Nafion薄 膜。由於此類高分子進行質子傳導時需仰賴水 分幫助傳遞，因此限縮了操作溫度必須低於 80^oC才能達到最佳傳導效果；另外，由於此類 高分子的玻璃轉移溫度較低，約在80-120^oC左 右，若操作溫度高於此溫度範圍，高分子薄膜 將會失去原本的機械穩定性與尺寸安定性。因 此受限於所用材料，通常PEMFC必須在溫度低 於80^oC之環境下操作使用。但在低溫下操作使 得PEMFC需面臨許多挑戰，例如燃料不純物 (一氧化碳、硫化氫等)忍受度較低，觸媒易被 毒化與散熱系統管理問題等，為了解決這些問 題，許多專家學者致力於該如何提高PEMFC

Volume 2, No. 1, March 2015, pp. 39-52

高溫型質子交換膜燃料電池與雙極板之高溫化學 穩定驗證技術

黃靖穎

　劉政宏

　王文琳

摘　要

質子交換膜燃料電池(PEMFC)具有高功率密度、啟動快、操作溫度低等特點，因此應用領域十 分廣泛，目前較常見的是低溫型PEMFC，其操作溫度≤80^oC，因此遭遇了許多困難如一氧化碳耐受 度低、散熱問題等，而這些問題在高溫型PEMFC將可獲得改善，操作溫度約為120-200^oC，但高溫 致使組件材料面臨極大的挑戰，本文將介紹高溫型質子交換膜燃料電池的優、缺點，並說明當操作 溫度提升時，各關鍵組件將面臨什麼樣的問題，並特別針對雙極板組件建置一套高溫化學穩定驗證 技術，用以評估板材之適用性。

關鍵詞：高溫型質子交換膜燃料電池、雙極板、化學穩定性

收到日期: 2014年10月21日 修正日期: 2014年11月18日 接受日期: 2015年02月02日

1 工業技術研究院南分院 副研究員

2 工業技術研究院南分院 研究員

3 工業技術研究院南分院 資深研究員

*通訊作者, 電話: 06-6939351, E-mail: [email protected]

的操作溫度範圍，期能將操作溫度進一步提 升至120^oC以上。因應此訴求而產生了高溫型 PEMFC，此處的高溫是相對於低溫型PEMFC 而言，操作溫度界於120-200^oC之間[2]。

許多文獻與研究已著手探討若將質子交換 膜燃料電池之操作溫度提高的益處為何，將其 優點整理如下：

1. 以動力學角度而言，整體電化 學反應速度加快

氫氧燃料電池的電化學反應包括氫氣氧化 反應與氧氣還原反應。其中氫氣氧化反應動力 學較迅速，而氧氣還原反應因過程較複雜、速 率緩慢，因此是活化過電位損失的主要來源。

當操作溫度提高時將使活化能障礙降低，此時 無論是氫氣氧化反應或氧氣還原反應之速率均 會加快。除此之外，操作溫度提高後，氣體擴 散速率與質子傳導率亦隨之增加，進而使整體 發電功率提升[3-5]。

2. 一氧化碳耐受度提高(CO tolerance)

對於低溫型PEMFC而言，若供給燃料中具 有較高一氧化碳(CO)含量將會對觸媒造成極大 影響，因CO易吸附於白金觸媒表面且不易脫

附，此舉將導致白金電極活性降低，無法發生 預期中的電化學反應，進而降低PEMFC整體性 能表現，稱為CO毒化現象。高溫型PEMFC可 改善這方面的問題，較高溫度可減少CO吸附在 觸媒上的情形，例如當PEMFC溫度為80^oC時，

CO耐受度約為10-20 ppm，200^oC時約可達到 30,000 ppm，因此高溫型PEMFC除了可降低CO 毒化外，由於CO耐受度的提升，亦降低了氫燃 料純化的成本[6-8]。

3. 水管理與熱管理(water and heat management)

燃料電池運作時是將化學能直接轉換為電 能，因此整體能量轉移效率可達40-60%[9]，雖 較傳統內燃機有較佳轉移效率，但仍有約50%

的能量以廢熱形式逸散。在低溫型PEMFC中，

電池運作產生的廢熱必須有效且快速的移除，

以避免熱量累積導致電池溫度過高，故需要體 積龐大的冷卻系統協助降溫；在高溫型PEMFC 中，雖仍需冷卻系統保持電池溫度恆定，但由 於溫度較高，所產生的廢熱蒸氣可與熱電系統 結合，將熱能循環重新再利用，因此能將能量 轉換效率提升至約80%[10, 11]。

燃料電池的另一關鍵問題為水管理，質 子交換膜之離子傳導率與含水量密切相關，因 圖1　質子交換膜燃料電池各零組件示意圖[1]



此進氣燃料與氧化劑的加濕便顯得十分重要。

低溫型PEMFC因測試溫度約為80^oC，因此內 部的水分主要以蒸氣及液態兩種形式存在，當 氣體增濕溫度過高時，進入電池的水氣凝結後 易造成雙極板的流道阻塞，阻礙氣體傳輸；同 時，燃料電池發電時之電化學反應產物為液態 水，這些都是造成水氾濫的原因。因此如何維 持質子交換膜濕潤度與排除過多的水分，是低 溫型PEMFC的重要課題。相較之下，高溫型 PEMFC操作時，由於溫度高於100^oC，水分幾 乎都是以蒸氣狀態存在。因此水氾濫的問題得 以改善，且所使用的PBI質子交換膜並不需倚 賴水分傳遞質子，使得內部的水管理問題簡化 許多，燃料氣體在流場中的分布均勻性也可獲 得提升[10, 12]。

4. 非白金觸媒的使用

由於燃料電池的氧氣還原反應速率很慢，

因此必須使用昂貴的白金觸媒來加速反應進 行。在高溫PEMFC中則因為操作溫度的提升，

使得電化學反應速率大幅提升，因此能夠使用 非白金觸媒作為電極，如此一來將有助於降低 PEMFC的整體成本[13]。

二、 高 溫 質 子 交 換 膜 燃 料 電 池組件關鍵問題

高溫型質子交換膜燃料電池雖具有許多優 點，但在操作過程中需面對高溫、酸性環境、

高氧化劑(氧氣)濃度、高電位以及氧氣還原反 應所產生的過氧化氫(H2O2)過渡產物等，因此 包括MEA、GDL、雙極板、密封材料等組件均 需具備良好的化學穩定性與機械穩定性，才能 使PEMFC維持正常運作。

美國國家能源局(DOE)已針對PEMFC各 組件訂定了須符合的基本標準，但因高溫型 PEMFC的操作環境十分嚴苛，故許多組件在長 時間運轉發電後，遭遇了較低溫型PEMFC更加 嚴重的性能衰退現象(degradation)。以下簡單介

紹各關鍵組件所面臨的劣化問題：

1. 觸媒與觸媒擔體(Catalyst and support)

白金(Pt)是最常用在PEMFC的觸媒材料。

而為了使白金觸媒擁有適當的顆粒大小與分散 均勻性，並且在使用環境下能夠穩定的存在，

通常會使用觸媒擔體來乘載觸媒。其中最被廣 泛使用的是碳擔體，因其具有良好耐化學穩定 性、高電子傳導性與高比表面積。表1列出了由 美國DOE所訂定之觸媒特性指標[14]。

根據許多文獻指出，白金觸媒的劣化對 於燃料電池的性能衰退有極大的影響。主要原 因為觸媒顆粒成長(particle growth)、觸媒遷移 (migration)、與碳擔體腐蝕等，導致白金觸媒 顆粒變大、電化學活性表面積減少等，部分溶 解的Pt甚至附著於質子交換膜表面，從而降低 膜材的質子傳導性與穩定性。上述原因對於 PEMFC的性能表現有直接的影響[15-17]；另 外，雖然碳材料本身具有高化學穩定性，但表 面白金觸媒的存在扮演了催化的角色，因此促 進了碳氧化反應發生，造成碳擔體腐蝕並且導 致了白金觸媒的遷移[18]。

觸媒的劣化效應並未因PEMFC的運作溫度 提升至120^oC以上而消失，雖然低濕度的操作環 境可以減緩Pt顆粒成長的速度[19]，但高溫同時 也加速了碳材的腐蝕速率，因此目前許多研究 仍致力於尋找能夠在高溫PEMFC環境下穩定存 在的觸媒合金與擔體材料。

2. 質子交換膜(Proton exchange membrane)

膜電極組(MEA)中的質子交換膜主要功能 是作為電解質以傳導氫離子、防止陰陽極的燃 料與氧化劑相互混合、避免電子自電池內部導 通形成短路等，因此膜材必須具備優良的化 學穩定性與機械性質，才能保持燃料電池的 運作。表2列出了由美國DOE所訂定之質子交 換膜特性指標[14]。在陰極的氧氣還原反應及

表1　美國國家能源局(DOE)針對PEMFC之觸媒所訂定之性能指標[14]



表2　美國國家能源局(DOE)針對PEMFC之質子交換膜訂定之性能指標[14]

O2、H2結合的化學反應中常會出現H2O2過渡產 物[20, 21]，化學反應式如下所示：

O2 + 2H⁺ + 2e^- ↓↑ H2O2 E⁰ = 0.695 V vs. S.H.E (Eq. 1)

這些H2O2會進一步轉化成自由基(radicals)，

攻擊質子交換膜的官能基與觸媒金屬，甚至其 他金屬離子，此狀況將會加速膜材劣化。而 H2O2產生的速率與電池的濕度、溫度均有關，

因此在高溫型PEMFC的高溫、低濕度環境下，

對質子交換膜的穩定性是一大考驗[22]。

由於低溫型PEMFC所用之Nafion薄膜僅適 於100^oC以下且需仰賴水進行質子的傳遞，因此 高溫型PEMFC必須使用其他更能耐受高溫且無 水狀態亦可傳遞質子的膜材。現今最受矚目的 是PBI (polybenzimidazole)高分子材料，其結構 如圖2所示[23]，其傳導氫離子的機制如圖3，

主要依靠膜材內imidazole官能基與所含浸的磷 酸分子來傳遞質子[24]，因此可在無水狀態使 用，符合高溫型PEMFC的需求。但磷酸分子在 反應過程中經常自質子交換膜內釋出，並移動 至其他組件如觸媒層與雙極板，在高溫之下易 導致碳材氧化腐蝕。

圖2　PBI之化學結構圖[23]

圖3　氫離子在含浸磷酸之PBI中的傳遞情形[24]





3. 雙極板(Bipolar plates)

雙極板具有隔絕燃料、將氣體均勻分散於 流場、傳導電流、排除生成水及支撐燃料電池 架構等功能，因此必須使用化學與物理性質穩 定的材料，才能擁有良好的導電性與導熱性和 足夠的機械強度[25]。當PEMFC的操作環境由 70~80^oC提高至120^oC以上時，雙極板除了維持 原有的高導電性外，此時在高溫下的化學穩定 性質成為最重要的關鍵，關係到是否會釋放揮 發物、雜質甚至金屬離子到膜電極組內，進而 影響燃料電池的整體性能與壽命。表3列出了由 美國DOE所訂定之雙極板特性指標[14]。

用於雙極板的材料可概分為純石墨、金 屬、碳材/高分子複合材料三類。石墨板具有 高導電性、高導熱性、高化學穩定性等優點，

是優秀的雙極板材料之一，但缺點為氣密性 差、板材易脆、加工不易導致成本高昂，因此 較難應用於可攜式發電系統內；金屬因具備良 好導熱與導電性、高氣密性與高機械強度，亦 被視為相當有潛力的雙極板材料，且金屬延展

性高、加工容易，流道可利用滾軋、沖壓、蝕 刻、模鑄等技術進行成形，大幅降低了量產成 本。但由於燃料電池操作環境嚴苛，因此必須 選用耐腐蝕之金屬材料，如此一來便限制了可 用之金屬材料。同時必須利用表面塗佈或改質 技術在金屬表面披覆抗蝕保護層，以防止雙極 板腐蝕釋出金屬離子毒化MEA。但此類保護層 通常導致金屬雙極板之接觸阻抗值大幅上升，

故開發可兼顧高導電與抗蝕性之保護鍍層將是 金屬材料應用於高溫PEMFC時最重要的課題之 一[26, 27]。

碳材/高分子複合材料是目前市售高溫型雙 極板最常使用的材料，所用之高分子與碳材通 常已是成熟、商業化的材料，因此可混搭各式 各樣的配方，打造符合需求特性之雙極板；另 一優點為加工容易，搭配擠型、加壓、射出成 型等製造工法可快速大量生產，有利於產品商 業化[26]。

即使具備上述許多優點，高溫複合板材 目前面臨最大的挑戰為如何抵抗於高溫和酸性 環境下所發生的自發氧化反應。碳易與水產生

表3　美國國家能源局(DOE)針對PEMFC之雙極板所訂定之性能指標[14]

反應生成二氧化碳，因此陰極是碳腐蝕最常出 現的地方[28]。Pyun等人研究發現碳黑(carbon black)於145^oC的96%磷酸環境時，表面將會形 成氧化物，這些氧化物可以幫助碳材抵抗腐蝕 繼續發生。以傅立葉紅外線光譜儀(FT-IR)分 析發現電壓的不同將影響表面所出現的官能基 種類[29]；另外N. Giordano等人將不同的碳黑 材料浸泡於170^oC的85%磷酸中，通入1 V電壓 時，其腐蝕速率與碳材表面的氧濃度有關，

速率隨著氧濃度增加而提高[30]；此外，D.A.

Stevens等人研究發現當碳黑表面擔載了白金觸 媒後，由於觸媒促進碳氧化反應的發生，因此 腐蝕速率大幅提升。速率與表面擔載的白金金 屬量、溫度有關，溫度越高、白金數量越多，

腐蝕速率也隨之增加。但若碳材表面未擔載金 屬，將溫度由125^oC提高至195^oC時，碳損失重 量極少，顯示若沒有白金觸媒存在，單純提高 溫度並不會加速碳腐蝕速率[31]。

依據PEMFC所使用的質子交換膜不同，

在電池運作時亦會有不同種類與濃度之酸液釋 出至雙極板表面，因此雙極板表面的腐蝕情形 也略有不同。由於高溫型PEMFC目前所使用 之質子交換膜與含浸酸液以PBI/磷酸系統為大 宗[32]，故本研究針對雙極板材料在85%磷酸 (H3PO4)下的高溫化學穩定特性建立了一套驗證 技術。利用此法將可測定材料於高溫200^oC及高 濃度磷酸環境下之腐蝕電流密度值，進一步判 定是否可滿足高溫PEMFC操作環境之要求。

三、研究方法

本研究首先以熱重分析儀(TGA)檢測四種 商用複合板材之熱裂解溫度，確認其熱穩定性 是否達到高溫PEMFC之環境要求，接著再進行 後續實驗。本實驗所用之商用高溫複合碳板材 料共有A、B、C、D四種，其基本性質如表4所 示。

為驗證高溫雙極板材料在高溫PEMFC的運 作環境下是否會發生自發氧化反應，設計了一

套加壓測試裝置。為求使實驗過程更加貼近真 實狀況及模擬在電池運作過程中質子交換膜之 酸液釋出情形，以含浸高濃度磷酸之商售PBI 質子交換膜疊於待測板材上，再將板材與膜材 一起放入兩鍍金夾具間，施加特定壓力並加熱 至200^oC，透過恆電位儀以線性電位掃描法施 加電壓，並記錄板材表面對應產生的電流值，

經換算後可得腐蝕電流密度值(corrosion current density)，整體測試裝置之示意圖如圖4所示。

商售高溫質子交換膜則採用Y、Z兩種，其 基本性質如表5所示，由於兩者均使用磷酸為 含浸酸液，故本實驗中均採用85%磷酸溶液進 行。

膜材含浸磷酸之步驟如下，先將Y、Z質子 交換膜以100^oC烘乾除水並秤重得W1；接著取 85%磷酸溶液，將兩種膜材分別浸入其中，並 使磷酸溶液完全覆蓋過膜材表面，接著以135^oC 持溫加熱後取出秤重得W2，透過加熱時間的控 制即可得不同磷酸含浸量之薄膜，磷酸含浸量 (doping level)之計算法如Eq. 2所示：

Doping level = [(W2 - W1)/W1] × 100% (Eq. 2)

四、結果與討論

1. 熱裂解溫度

本實驗以熱重分析儀分析A、B、C、D四 種商售板材之熱裂解溫度，在通入氮氣氣氛下 自室溫升溫至800^oC，觀察板材隨著溫度升高的 熱裂解情形，通常定義重量損失達5wt%時的溫 表4　 四種商用複合板材之基本特性[本研究製

作]

板材A 板材B 板材C 板材D 密度(g/cm³) 1.81 1.90 1.93 2.01 熱傳導性(W/mK) 43 55 32.4 16 導電性(S/cm) 114 > 100 > 100 139 強度(MPa) 30 40 61 55.8

度為5wt%熱裂解溫度(T5d)，用以表示材料的熱 穩定性，分析結果如圖5所示。經計算後可得板 材A熱裂解溫度約為471^oC、板材B之熱裂解溫 度為456^oC、板材C與D之熱裂解溫度則分別為 524、542^oC，由此可知四種板材均可承受200^oC 以上之高溫，適用於高溫PEMFC之操作溫度範 圍。

2. 各板材之化學穩定性測試

將A、B、C、D高溫複合板材分別置於 doping level為200之質子交換膜Y上，置入夾 具後以2.5 MPa加壓並升溫至200^oC，待溫度達 到穩定平衡後進行線性電位掃描，記錄其對應 產生之電流密度值如圖6所示。經計算後可得 板材A之腐蝕電流密度為1.14 µA/cm²，板材B 為1.7 µA/cm²，板材C為0.97 µA/cm²，板材D為 3.5 µA/cm²，所得之腐蝕電流密度值均相當接

近DOE建議指標(1 µA/cm²)，僅板材D的腐蝕 電流值略高一些，顯示本研究所建立之高溫化 學穩定驗證技術確實可鑑別雙極板材料於高溫 PEMFC環境下之腐蝕特性。

3. 不同加壓力對板材之腐蝕電流 值影響

為探討化學穩定測試進行時，其操作環境 設定對腐蝕電流值是否會產生影響，本次採用 C板材進行實驗。使用doping level約為200之質 子交換膜Y、操作溫度為200^oC，藉改變施加於 置具上之加壓力大小，觀察腐蝕電流密度值改 變的情況。壓力值則分別設為1 MPa、2 MPa 與2.5 MPa。所測得之腐蝕電流曲線圖如圖7所 示，不同加壓力測得之腐蝕電流密度值則列於 表6。由實驗結果發現隨著加壓力變大，腐蝕電 流密度值有略增加的趨勢，顯示壓力可能是影 圖4　高溫雙極板材料之化學穩定驗證裝置[本研究繪製]



表5　兩種商用高溫質子交換膜之基本特性[本研究製作]

材料 含浸酸液 厚度(um) 導電度(S/cm) 熱穩定性

膜材Y PBI copolymer 磷酸 30 > 8 × 10^-2 (180^oC) > 500^oC 膜材Z Pyridine polymer 磷酸 50 8 × 10^-2 > 400^oC

響碳材腐蝕的原因之一，推測原因可能為加壓 力增加，導致膜材內含浸的酸液易因擠壓而釋 出。

為確認是否因壓力加大導致膜材釋出酸液 增加，將腐蝕測試完的質子交換膜以100^oC烘乾 1小時去除水分後秤重，將所得重量W3與先前 含浸後之膜重量W2相比，經換算後可得膜材之 重量變化百分比，計算公式如Eq. 3：

膜重量變化% = [(W3 - W2)/W2] × 100% (Eq. 3)

將得到的膜重量變化率列於表6中，發現 壓力增加時，膜材的重量變化百分比也略微提 升，故由結果推測當施加於置具的加壓力變大 時，質子交換膜所受到的壓力也隨之增加，使 得膜材內所含浸的磷酸釋出更多至雙極板表 面，腐蝕效應愈趨明顯，因此所量測到的腐蝕 電流值也跟著變高。由此可知以此方法檢驗雙 極板之高溫化學穩定性時，加壓力是影響腐蝕 電流大小的關鍵因素之一。

 圖5　四種商售高溫複合碳板於氮氣下之熱重分析結果[本研究繪製]

圖6　四種商售高溫複合碳板之腐蝕電流測試結果[本研究繪製]



4. 使用不同膜材對板材腐蝕電流 值的影響

前述數個實驗中，均固定使用同樣的質子 交換膜Y進行雙極板化學穩定性測試，因使用

不同質子交換膜於受壓後所釋出的磷酸量與濃 度可能不盡相同，為使實驗結果具比較性，故 以同款質子交換膜進行實驗。

本次實驗為得知以不同質子交換膜進行化 學穩定測試是否會得到具差異性的結果，將採 用兩種質子交換膜Y、Z進行複合板材B之高溫 化學穩定性測試，觀察質子交換膜之改變對腐 蝕電流大小是否產生影響。為避免因膜材之磷 酸含浸量不同而影響腐蝕電流值，膜材Y、Z的 doping level均固定為約200，測試期間的加壓力 為1 MPa。分析結果如圖8所示。使用質子交換 圖7　施加不同加壓力於板材C時之腐蝕電流測試結果[本研究繪製]

表6　 腐蝕測試加壓力值與測試後之腐蝕電流密 度與膜材重量變化率[本研究製作]

板材C 板材C 板材C 測試加壓力(MPa) 1.0 2.0 2.5 腐蝕電流密度(µA/cm²) 0.88 1.56 1.7 膜材重量變化率(%) 25.3 27.3 28.7

圖8　板材B搭配不同質子交換膜Y、Z時之腐蝕電流測試結果[本研究繪製]





膜Y的板材B之腐蝕電流密度值為0.86 µA/cm²， 採用質子交換膜Z的腐蝕電流密度值則為1.77 µA/cm²。由結果顯示在其他條件均固定下，使 用不同的質子交換膜確實會影響所測得之腐蝕 電流值。

將腐蝕測試後的膜材Y、Z以100^oC烘乾1小 時去除水分後秤重，並計算膜重量變化率，得 到膜材Y之重量變化率為24.9%、膜材Z之重量 變化率為27.6%，由此可知膜材Z較Y易釋出磷 酸，因此膜重量變化率較高，推測原因為兩種 質子交換膜材料不同，Y為PBI copolymer，Z為 pyridine polymer，分子結構不同，因此穩定性 也有所差異，穩定性較高的膜材可能在高溫、

加壓的環境下較不易釋出磷酸，因此板材表面 的腐蝕效應較不明顯，腐蝕電流密度值也較 低，故使用本方法進行雙極板高溫化學穩定性 驗證時，質子交換膜的選用亦須列入考量。

高溫型質子交換膜燃料電池目前仍有許 多發展空間，提升各組件穩定性與降低成本為 重要的考量。透過本驗證技術可獲知雙極板組 件於高溫高酸性環境下之化學穩定性，提供材 料篩選之便利管道。由本實驗結果可得知常見 商用板材之高溫腐蝕電流密度值；若使用之電 解質薄膜不同，因釋出酸液量及濃度改變，將 會影響所測得的腐蝕電流值；施加之壓力大小 亦是影響腐蝕電流值的變因之一；因此若要比 較各材料之腐蝕特性，應將所使用之電解質薄 膜、酸液濃度與施加壓力值固定，較能得到具 參考價值之化學穩定性驗證結果。

致　　謝

感謝經濟部能源局「104年度-高效率氫 能與燃料電池技術開發計畫(Development of High Efficiency Hydrogen Energy and Fuel Cell Technology)」於研究經費上之支持。

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Development of High-temperature PEMFC and Test Methods for Evaluating the Chemical Stability of

Bipolar Plates at High Temperature

Ching-Ying Huang

Cheng-Hong Liu

Wen-Lin Wang

ABSTRACT

Proton electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) is thought to be one of the most promising candidate of new energy. It has the advantages of clean, high power density, short start-up time and operating in low temperature. Current PEMFC which is operating at low temperature (≤ 80^oC), suffers from several problems like CO tolerance, heat and water managements. These problems can be solved by increasing the operating temperature to 120-200^oC, which is called high-temperature PEMFC(HT-PEMFC). However, the cell components meet much more challenges at higher temperature. This paper overviews the advantages and disadvantages of HT-PEMFC and the challenges of component materials, and provides a test method for evaluating the chemical stability of bipolar plates at high temperature.

Keywords:

Received Date: October 21, 2014 Revised Date: November 18, 2014 Accepted Date: February 2, 2015

1 Associate Researcher, New Energy System Department, Green Energy and Eco- technology Center, ITRI Southern Region Campus

2 Researcher, New Energy System Department, Green Energy and Eco-technology Center, ITRI Southern Region Campus

3 Senior Researcher, New Energy System Department, Green Energy and Eco- technology Center, ITRI Southern Region Campus

* Corresponding Author, Phone: +886-6-6939351, E-mail: [email protected]