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star1909木蟲(chóng) (正式寫手)
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[交流]
適合3C產(chǎn)品的燃料電池類型 已有12人參與
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選用不同的物質(zhì)作為攜帶式電能的燃料，基本上決定了燃料電池發(fā)電本體的種類，在燃料電池發(fā)電本體方面，透過(guò)觸媒將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，其中最重要的部分包括觸媒與中間的質(zhì)子交換膜… 圖說(shuō)：隨著愈來(lái)愈多業(yè)者相繼投入燃料電池技術(shù)開(kāi)發(fā)，讓這項(xiàng)技術(shù)距商品化的目標(biāo)日益接近，但導(dǎo)入商品應(yīng)用時(shí)，燃料電池尚有輸出能量、產(chǎn)品體積、轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的廢棄原料處理、關(guān)鍵零組件微縮…等問(wèn)題尚待突破，而這項(xiàng)電源技術(shù)，又如何克服3C產(chǎn)品多元的應(yīng)用環(huán)境？ 燃料的選擇，將決定觸媒的種類與設(shè)計(jì)，而質(zhì)子交換膜這類電解質(zhì)則決定反應(yīng)系統(tǒng)的種類，除質(zhì)子交換膜外，還有以氧離子為傳導(dǎo)物質(zhì)的的SOFC，以O(shè)H離子為傳導(dǎo)物質(zhì)的堿性燃料電池…等；對(duì)攜帶式系統(tǒng)而言，相當(dāng)重視系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間，所以低溫操作、系統(tǒng)穩(wěn)定與安全性高均為必要條件，所以在3C電子產(chǎn)品領(lǐng)域，多數(shù)選擇實(shí)行質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)。 燃料電池2大重要指針為發(fā)電功率密度及燃料能量密度，發(fā)電功率密度大小是指需購(gòu)置系統(tǒng)的成本(MEA或所需的貴重金屬觸媒成本)，及發(fā)電本體的大小間的相對(duì)關(guān)系。 而能量轉(zhuǎn)換密度大小，代表著填充固定燃料所能使用的時(shí)數(shù)，及提供固定能量時(shí)，使用者需付出的操作成本，此外，系統(tǒng)的操作復(fù)雜度，攸關(guān)系統(tǒng)未來(lái)技術(shù)發(fā)展前景及可以成長(zhǎng)的空間，這些都是選擇燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)時(shí)需要考慮的議題。 燃料電池面對(duì)3C電子產(chǎn)品應(yīng)用的設(shè)計(jì)要求分析 燃料電池若是應(yīng)用于攜帶式電子產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)思維及操作概念，與傳統(tǒng)家用或發(fā)電系統(tǒng)不同，因?yàn)檫@是1個(gè)攜帶型的系統(tǒng)，所以攜帶過(guò)程引發(fā)的相關(guān)應(yīng)用問(wèn)題，均必須加以考慮。如轉(zhuǎn)動(dòng)、震動(dòng)、高處摔落、非專業(yè)人員使用、使用安全性、重量、體積…等相關(guān)性能與特性，均須在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前導(dǎo)入，以提供最適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品。以目前的研發(fā)狀況分析，燃料電池體積是遭遇到的最大障礙，由燃料電池介紹分析中可知，燃料電池體積主要由電池發(fā)電本體與其周邊控制系統(tǒng)決定，而目前控制系統(tǒng)微縮技術(shù)碰到一些尚待突破的技術(shù)難題。 燃料電池操作時(shí)必須適當(dāng)調(diào)控燃料、空氣輸送及產(chǎn)生水氣與廢棄物排除，所以，一般而言燃料電池要加以小型化、輕量化，具有相當(dāng)高的難度，簡(jiǎn)化系統(tǒng)及較小型的主控組件，是必要的解決方案。 甚至近來(lái)發(fā)展的概念里，完全簡(jiǎn)化到不需主動(dòng)組件的系統(tǒng)，正帶領(lǐng)研發(fā)人員突破限制，似乎是燃料電池要整合到3C電子產(chǎn)業(yè)必要的解決手段，因?yàn)橐阅壳暗南到y(tǒng)而言，燃料電池系統(tǒng)中，電池堆的體積一般小于50%，主動(dòng)組件及相關(guān)管路配線，反而成為系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，因此，極小型泵浦設(shè)計(jì)、或是純被動(dòng)系統(tǒng)的成熟度，是燃料電池的重要發(fā)展指標(biāo)。 此外，在系統(tǒng)操作特性上，3C電子產(chǎn)品運(yùn)作特性為電力需求變動(dòng)很大，以手機(jī)為例，平常待機(jī)功率消耗約數(shù)10毫瓦，但某些操作時(shí)段，功率可達(dá)1~3W，其中有數(shù)10倍差距。 然而，燃料電池的電力是透過(guò)觸媒協(xié)助產(chǎn)生，可以預(yù)見(jiàn)其面對(duì)瞬間功率需求的反應(yīng)速率，無(wú)法跟上一般電子設(shè)備要求，欲解決此問(wèn)題，燃料電池均需配備緩沖儲(chǔ)能組件，滿足系統(tǒng)的電力變動(dòng)范圍。較常使用設(shè)計(jì)方法，包括與超級(jí)電容(supercapacitor)或是二次電池整合形成混成電源控制器，解決負(fù)載端可能的巨幅負(fù)載變化。 除考慮電力需求控制平衡外，更需考慮整體輸出與效能間的關(guān)系，因?yàn)閷?dǎo)入燃料電池系統(tǒng)，必須與原來(lái)的電力系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)，所提供的效能(如能量密度)，必須遠(yuǎn)大于目前系統(tǒng)。 燃料電池提供無(wú)需充電或無(wú)線充電的解決方案，因?yàn)殡姵氐扔诟綊彀l(fā)電機(jī)，未來(lái)僅需取得燃料便等同取得能源，而無(wú)須等待充電的冗長(zhǎng)時(shí)間。但如果燃料所能提供的能量太低，造成使用者需攜帶大量燃料，將造成燃料電池實(shí)用化的障礙。如何提升燃料的能量密度及能量轉(zhuǎn)換效率，對(duì)燃料電池在3C電產(chǎn)品應(yīng)用發(fā)展非常重要。 攜帶式燃料電池系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)況 因?yàn)?C電子產(chǎn)品市場(chǎng)龐大，人們對(duì)更安全、可靠、更長(zhǎng)時(shí)間操作的攜帶能源需求強(qiáng)烈，各3C電子系統(tǒng)大廠，無(wú)不積極評(píng)估設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)娜剂想姵叵到y(tǒng)，以期燃料電池可以整合到3C電子產(chǎn)品，因此所建立的燃料電池開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力，可擴(kuò)展到未來(lái)家用或車用燃料電池領(lǐng)域，提升未來(lái)能源領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)力。 目前投入小型燃料電池開(kāi)發(fā)的廠商非常多，包括日本的Toshiba、Sony、NEC、Fujitsu、Hitachi、Sharp；韓國(guó)Samsung、LG；美國(guó)MTI、Millium Cell；德國(guó)的Smart Fuel Cell與臺(tái)灣的新普、勝光與思柏科…等。 這些公司開(kāi)發(fā)的燃料電池系統(tǒng)成品豐富，包括以質(zhì)子交換膜為主的氫氣燃料電池：燃料如化合物產(chǎn)氫NaBH4、Al粉…等，或以甲醇重組的方法產(chǎn)氫；及以直接甲醇為主的系統(tǒng)…等，某些公司投入研發(fā)的范圍較廣，有些則較為專注在特定系統(tǒng)持續(xù)開(kāi)發(fā)。 |
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