新世纪能源技术燃料电池
5页1、 新世紀能源技術燃料電池 M9746215吳忠信近年來,人類對石油能源依賴日深。它是目前最具代表性的石化資源,對世界經濟及人 類生活佔有重要的地位。不過,地球的石油儲量是有限的,其存量正在快速消耗中。二 十世紀人類便經歷了三次石油危機,也因為這個全球性的能源危機,迫使人們再度努力 尋求新的替代能源。此外,石油在生產、輸送和使用的過程中所產生的種種問題,引起 全球的溫室效應,造成南北極的冰山融化和生態環境的破壞等現象,也使國際間更加重 視開發替代能源,推動燃料電池的發展及應用,使燃料電池成為未來新生能源的一顆星起源燃料電池的起源最早可以追溯至十九世紀初的兩位科學家 C.F. Schonbein 博士與 William R.Grove 爵士。Schonbein 博士在 1838 年首度發現了燃料電池的電學反應,次 年,Grove 爵士才發明了燃料電池。Schonbein 博士曾觀察到他建立的實驗裝置不需充電 即可產生電流,於是,他將這種現象稱為極化效應,也就是燃料電池的基礎。隨後 Grove 爵士逆推水的電解過程,並創造出世上第一個燃料電池,當時稱之為氣體電池。到了 1889 年,才由 L
2、.Mond 和 C.Langer 提出燃料電池的概念。當時,他們利用不導 電多孔材料浸在含電解質溶液中造出似現代的燃料電池,接著利用空氣及工業煤氣分別 取代氧氣與氫氣製成第一個實用化的燃料電池裝置。十九世紀,由於種種的障礙因子與石化燃料之大量開發,燃料電池逐漸被冷落。 直到 1959 年時,才由 FrancisT.Bacon 製出的燃料電池組,並使其應用於電鋸、堆高 機,讓此技術走出實驗室。1960 年思代,由於國防及太空的需要,受到美國 NASA 資助的 Pratt&Whitney 成功利用 Bacon 燃料電池研發出鹼性燃料電池。重要意義近年來,人類對石油能源依賴日深。它是目前最具代表性的石化資源,對世界經濟及人 類生活佔有重要的地位。不過,地球的石油儲量是有限的,其存量正在快速消耗中。二十世紀人類便經歷了三次石油危機,也因為這個全球性的能源危機,迫使人們再度努 力尋求新的替代能源。此外,石油在生產、輸送和使用的過程中所產生的種種問題,引 起全球的溫室效應,造成南北極的冰山融化和生態環境的破壞等現象,也使國際間更加 重視開發替代能源,推動燃料電池的發展及應用,使燃料電池成為未來新生
3、能源的一顆 星。原理:燃料電池是一種直接將燃料之化學能轉換為電能的裝置,運作原理可解釋為水電解的逆 反應。以氫燃料電池為例,其運用原理如下:氫氣經由流場板的管道進入燃料電池,鍍在陽極那一側鉑基催化劑使氫原子分裂為質子 和電子。電子由外部電流流到陰極,提供了電池的電流同時質子通過質子交換膜到達陰極,陽極那側的催化劑使質子與電子結合,產生水蒸氣這便是燃料電池將化學能轉化 為電能的過程。設計燃料電池是一種直接將燃料之化學能轉換為電能的裝置,構成燃料電池的基本裝置包括電極、電解質薄膜以及集電器。電極是燃料氧化與氧化劑還原的電化學反應發生的場所,可分為陽極與陰極兩部份,而電解質的功能是分隔氧化劑與還原劑並同時傳導質子;集電器也可稱作雙極板,它具有收集電流、疏導反應氣體以及分隔氧化劑與還原劑的作用。運作燃料電池的運作原理可解釋為水電解的逆反應,是電池分別充滿電解液的陰陽兩個電極, 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, 其中氫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
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