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。 Download檔案下載 加入會員 分享 轉寄 聯絡我們 延伸閱讀 豐田與BMW將擴大燃料電池車領域的合作 瑞典隆德大學開發出燃料電池車用液態有機氫載體系統 全球氫燃料電池汽車市場發展概況 氫能於車輛的應用 日鐵化學材料的多孔質碳材獲採用於豐田燃料電池車「MIRAI」的燃料電... 熱門閱讀 Micro LED量產技術、材料與市場展望 量子點墨水材料技術 廢氫氟酸資源高值化技術(上) 從ISPSD 2024看功率元件領域發展趨勢(上) 下世代產業所需高功能性新材料—電動車用高分子材料 相關廠商 金屬3D列印服務平台 正越企業有限公司 高柏科技股份有限公司 喬越實業股份有限公司 廣融貿易有限公司 山衛科技股份有限公司 台灣永光化學股份有限公司 台灣大金先端化學股份有限公司 照敏企業股份有限公司 桂鼎科技股份有限公司 工研院材化所 材料世界網 大東樹脂化學股份有限公司 志宸科技有限公司