燃料電池於物聯網之應用：材料世界網

物聯網之介紹與市場
物聯網(IoT)，顧名思義，即是將各種物品之資訊透過網路連結起來進行管理，更詳細的說，則是以各種資訊感測器(Sensors)將物理世界的狀態，即時感知並傳輸至網際網路，以智慧化識別、定位、跟蹤、監控和管理，亦即將實體之各種物品與感測器等，如同人類之神經末梢般，利用網路（神經網絡）將資訊傳入資訊終端（大腦），進行分析判讀並決定回應方式。

較為完整之觀念，為1999年美國麻省理工學院Auto-ID中心之Ashton博士於寶潔公司之演講中所提出，他敘述了將現實世界之種種狀態，以各種無線感測器透過網路連結整合之系統；以及“Internet of Things”物聯網這個目前眾所周知的名稱，至此，物聯網之概念才算正式建立。

根據資料傳輸之順序，物聯網可分為三階或六層。三階之分類為感知層、網路層與應用層（圖一），每階可再細分為兩層而成六層。依照順序分別為 ① 識別層(Coding Layer)、② 感測層(Perception Layer) 、③ 網路層(Network Layer)、④ 中介軟體層( Middleware Layer ) 、⑤ 應用層( Application Layer ) 、⑥ 商業層( Business Layer )。

物聯網之市場潛力驚人，在未來十年全世界各領域之產值將高達 8兆美元（圖三），應用十分廣泛（圖四），包含：①智慧生活，如前段所提到之 Philips智慧照明及結合人機互動與自然互動之智慧家庭等，讓未來人類之生活更為便利；⑤智能防災系統，利用物聯網整合遍布各地區之感測器，於災害發生初期或發生前通知人們進行處理或避難，降低人命傷亡，其中智能防災系統實為我國所需盡速開發之重要領域。

圖三、物聯網之未來市場規模

物聯網之電力供應–燃料電池
無論未來是何種網路協定為主要的連線方式，皆必須有良好之電力供應，才能維持物聯網之各端點（End Point；即感測層）與節點（Node；將感測器之資訊集中接收並傳遞至後端系統，屬網路層）間之資訊聯繫。由於耗電/傳輸量之不同，以下將分為節點與端點兩者進行說明。
1. 節點
目前與未來物聯網節點類似之設備為電信基地台，根據其約千瓦等級之耗電量評估，所適用之電源方案可能為PV+蓄電池/鋰電池，或者結合燃料電池使用；而以長期供電之穩定性而言，則以燃料電池較占優勢。例如國內中興電工所推出之質子交換膜燃料電池(PEMFC)產品，利用甲醇重組器轉換為高利用效率之氫氣提供電力，同時兼顧燃料可攜性與操作性能。

然而，就未來節點之數量與耗電量而言，甲醇重組氫系統之尺寸與成本皆非最佳方案，以直接甲醇燃料電池( DMFC )將甲醇直接轉換為電能，在對應較小瓦數（數瓦~數十瓦）應用上更具尺寸與成本優勢。DMFC單位發電功率雖較 PEMFC低，但對應節點之電力需求則已足夠，適用於節點之產品有德國 SFC Energy之EFOY Pro 系統，以及工研院所發展之 20W~100W DMFC系統（圖五）。

2. 端點
在端點部分，一般認為較為可能之電源供應方式有二，一為利用電池之方式，例如PV結合鋰電池、燃料電池或是空氣電池等；二為藉由網路線（若與節點間為有線連結）供電方式( Power over Ethernet; PoE )。

在電源之選擇上，端點與節點之需求相似且更為嚴苛，因其數量更多使得維護上難度增加。若功耗在接近W級之範圍（例如傳輸距離較遠或資料量較大等情境）， DMFC為較合適之解決方案，如工研院所發展之 0.5W~5W DMFC 系統（圖七），其小尺寸可與端點之感測器做整合，並配合應用端之功耗需求調整而不致明顯加大尺寸。燃料部分則與節點電源方案相同，採用能量密度與可攜性高之甲醇，有利於---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。