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star1909木蟲 (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，透過觸媒將燃料的化學能轉(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：隨著愈來愈多業(yè)者相繼投入燃料電池技術(shù)開發(fā)，讓這項技術(shù)距商品化的目標日益接近，但導入商品應用時，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…等問題尚待突破，而這項電源技術(shù)，又如何克服3C產(chǎn)品多元的應用環(huán)境？ 燃料的選擇，將決定觸媒的種類與設(shè)計，而質(zhì)子交換膜這類電解質(zhì)則決定反應系統(tǒng)的種類，除質(zhì)子交換膜外，還有以氧離子為傳導物質(zhì)的的SOFC，以O(shè)H離子為傳導物質(zhì)的堿性燃料電池…等；對攜帶式系統(tǒng)而言，相當重視系統(tǒng)啟動時間，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數(shù)，及提供固定能量時，使用者需付出的操作成本，此外，系統(tǒng)的操作復雜度，攸關(guān)系統(tǒng)未來技術(shù)發(fā)展前景及可以成長的空間，這些都是選擇燃料電池系統(tǒng)進行應用開發(fā)時需要考慮的議題。 燃料電池面對3C電子產(chǎn)品應用的設(shè)計要求分析 燃料電池若是應用于攜帶式電子產(chǎn)品，其設(shè)計思維及操作概念，與傳統(tǒng)家用或發(fā)電系統(tǒng)不同，因為這是1個攜帶型的系統(tǒng)，所以攜帶過程引發(fā)的相關(guān)應用問題，均必須加以考慮。如轉(zhuǎn)動、震動、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)計前導入，以提供最適當?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。 燃料電池操作時必須適當調(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，具有相當高的難度，簡化系統(tǒng)及較小型的主控組件，是必要的解決方案。 甚至近來發(fā)展的概念里，完全簡化到不需主動組件的系統(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，因為以目前的系統(tǒng)而言，燃料電池系統(tǒng)中，電池堆的體積一般小于50%，主動組件及相關(guān)管路配線，反而成為系統(tǒng)的負擔，因此，極小型泵浦設(shè)計、或是純被動系統(tǒng)的成熟度，是燃料電池的重要發(fā)展指標。 此外，在系統(tǒng)操作特性上，3C電子產(chǎn)品運作特性為電力需求變動很大，以手機為例，平常待機功率消耗約數(shù)10毫瓦，但某些操作時段，功率可達1~3W，其中有數(shù)10倍差距。 然而，燃料電池的電力是透過觸媒協(xié)助產(chǎn)生，可以預見其面對瞬間功率需求的反應速率，無法跟上一般電子設(shè)備要求，欲解決此問題，燃料電池均需配備緩沖儲能組件，滿足系統(tǒng)的電力變動范圍。較常使用設(shè)計方法，包括與超級電容(supercapacitor)或是二次電池整合形成混成電源控制器，解決負載端可能的巨幅負載變化。 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，因為導入燃料電池系統(tǒng)，必須與原來的電力系統(tǒng)競爭，所提供的效能(如能量密度)，必須遠大于目前系統(tǒng)。 燃料電池提供無需充電或無線充電的解決方案，因為電池等于附掛發(fā)電機，未來僅需取得燃料便等同取得能源，而無須等待充電的冗長時間。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，對燃料電池在3C電產(chǎn)品應用發(fā)展非常重要。 攜帶式燃料電池系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)況 因為3C電子產(chǎn)品市場龐大，人們對更安全、可靠、更長時間操作的攜帶能源需求強烈，各3C電子系統(tǒng)大廠，無不積極評估設(shè)計適當?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發(fā)設(shè)計能力，可擴展到未來家用或車用燃料電池領(lǐng)域，提升未來能源領(lǐng)域競爭力。 目前投入小型燃料電池開發(fā)的廠商非常多，包括日本的Toshiba、Sony、NEC、Fujitsu、Hitachi、Sharp；韓國Samsung、LG；美國MTI、Millium Cell；德國的Smart Fuel Cell與臺灣的新普、勝光與思柏科…等。 這些公司開發(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)開發(fā)。 |
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