車用燃料電池材料及技術開發現況：材料世界網

燃料電池車（FCEV）是一種新能源車，它具有能量轉化效率高、環境汙染小等優點，從而成為汽車工業研發的熱門焦點，也是車廠致力減少碳排放的終極手段。本文介紹燃料電池車的優勢，並綜述燃料電池車的技術發展概況，內容將著重豐田與本田車廠於質子交換膜燃料電池( PEMFC )關鍵電堆組件至車載高壓儲氫技術之實用開發現況，最後闡述燃料電池車所面臨的開發課題與未來方向。

燃料電池車的優勢
燃料電池車與傳統汽車最大的區別和優勢在於動力系統的不同，前者採用的是燃料電池系統作為動力源，後者採用的是內燃機。使用氫為能源之燃料電池具有高效率、低能耗和高性能的優點，能源轉換效率高達 50% 以上，因此，與不可再生的化石燃料相比，以氫燃料電池為動力之氫能汽車是綠色環保的重要選擇。

燃料電池車的技術現況
質子交換膜燃料電池（PEMFC）是目前各種燃料電池中實用程度較高的一類。其優越性不僅限於能量轉換效率高、工作溫度低，還可在較大的電流密度下工作，適宜在較頻繁啟動/停止的場合。世界各大汽車生產廠商一致看好 FCEV 在汽車工業中的應用前景，而 PEMFC 已成為現今 FCEV 動力的主要來源。目前，豐田、本田、日產、通用、福特、現代、BMW、戴姆勒等世界知名的車廠，都積極開發以PEMFC系統為動力源的燃料電池電動車，曾先後推出各種類型的樣車，並進行FCEV的示範運行。

圖三、Toyota設計之3D Fine-Mesh Flow Field示意圖

2. 新觸媒層、金屬雙極板及電堆設計
在觸媒技術方面，先前觸媒所使用的碳材載體為中空碳黑，因此會降低Pt的利用率，改用實心的碳載體即可提升觸媒層的導電率與抗蝕性，同時也提高 Pt 觸媒的利用率，結合了 3D Fine-Mesh Flow Field、新的 PtCo 觸媒，以及減少質子交換膜厚度，分別解決了氣體質傳阻抗、觸媒的活化損失以及離子傳導阻抗，整體的效能因此提升了 2.4 倍以上（圖四）。

4. 精簡燃料電池發電系統
Toyota 同時也針對燃料電池系統進行精簡以節省成本，Mirai 設計中已將加濕器移除（圖八），在陽極端則加入了氫氣循環幫浦，並且利用兩極燃料反向流動方式進行系統內部加濕，再加上Mirai 內所使用之質子交換膜厚度僅為 2008 年時期的 1/3，而使用較薄膜將有利於增加內部反應生成水，反向擴散至陽極端進行再利用，同時加快陽極端氫氣的流速，並且以冷卻水降低空氣進口端溫度以提昇氣體加濕效率。另外，本田（Honda）在 FCEV 之開發及商業化進展，也是全球注目的焦點。本田於 2016年 3月正式宣布新一代的 Clarity 進入商業販售，產量僅 200台，並先以租賃方式提供給政府機關以及企業使用，預計 2017下半年才開始向個人銷售。

圖八、移除加濕器與促進水的內循環示意圖

車用燃料電池發展的挑戰
工研院材化所致力於燃料電池關鍵材料組件之開發，在關鍵材料及技術如觸媒、質子交換膜、金屬雙極板抗蝕導電鍍膜技術亦深耕許久。在膜電極組技術及產品方面，針對不同場域應用所製作之……以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。

作者：賴建銘、林俊男 /工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」355期，更多資料請見下方附檔。

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