燃料電池及其膜電極組材料最新研發現況及國際趨勢

 

刊登日期:2017/11/15
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黃秋萍、蔡麗端/工研院材化所

前言
由美國能源部(U.S. Department of Energy, DOE)主辦的2017 DOE Annual Merit Review研討會,日前在美國華盛頓哥倫比亞特區之Washington Marriott Wardman Park舉行。此研討會包含了氫燃料電池計劃年度優異審查 (2017 DOE Hydrogen and Fuel Cells Program AMR)和車輛技術辦公室年度優異審查 (2017 DOE Vehicle Technologies Office AMR)兩大會議,透過會議參與可蒐集美國燃料電池及其膜電極組材料之最新研發現況及國際市場動態趨勢,並掌握燃料電池未來技術發展方向。本文將提供與會心得供關心此議題的讀者們參考。

研討會內容
2017年的氫氣和燃料電池計劃優異審查會議主要涵括燃料電池、氫氣生產及傳輸、儲氫、量產製造、市場轉型、安全守則及標準、系統分析、技術驗證等八大主題。聯席會議(Joint Plenary Session)由燃料電池技術辦公室主任Sunita Satyapal及車輛技術辦公室總監Michael Berube的報告揭開序幕。Sunita Satyapal主任首先說明國際燃料電池應用實績概況,除了在美國已銷售或租賃1,800台燃料電池車(2017年5月)、燃料電池巴士耐久性可超過25,000小時的目標值(2017年6月),並取得超過15,000輛燃料電池叉車訂單之外,氫燃料電池應用也不斷地推陳出新,新應用實績包含全球首輛氫燃料電池火車已在德國投入運行;全球首架4人座燃料電池飛機已在德國試飛;美國機場已出現燃料電池貨物拖車、燃料電池重型卡車等等。

燃料電池運輸系統之商業化價格為180美元/kW(1k/yr),推估以小量生產(50美元/kW) 燃料電池運輸系統成本與2006年相比下降了60%,若大量生產(45美元/kW) 燃料電池運輸系統成本約下降了64%,其中主要是在觸媒及膜電極組的研究上有大幅進展,促使燃料電池系統的成本可大幅降低,DOE預估2020年燃料電池系統成本為40美元/kW,最終的目標系統成本設定在30美元/kW。。而燃料電池系統成本的快速降低能促進燃料電池的商業化。(圖一)

圖一、DOE預估燃料電池成本發展趨勢
圖一、DOE預估燃料電池成本發展趨勢

美國能源部燃料電池技術辦公室(FCTO)在過去十年裡,降低了60%燃料電池系統的成本,增強了4倍的耐用性,同時減少了80%電解產氫費用。5月23日白宮公布了川普政府2018財年預算案,增加了國防和邊境軍事開支、大幅削減社福支出,其中FCTO氫燃料電池預算將被大砍55%,2018年的研究預算將只剩下4,500萬美元。Sunita Satyapal提出將會把預算資源放在早期階段研發設計(early stage R&D)重點上,分配給燃料電池1,500萬美元,專注研究開發無PGM的觸媒、電極和膜材等燃料電池材料;另分配給產氫2,900萬美元,專注於產氫材料研發、電解水、儲氫材料及氫氣傳輸;最後再分配給燃料電池系統分析100萬美元。

美國能源部FCTO結合私營企業、非營利大學及國家實驗室成一核心聯盟團隊,藉由國家實驗室實現早期階段研發設計(early stage R&D),研究產出技術IP,透過合作研發協議(CRADA),為企業和投資者提供創新技術及商業新契機,私營企業資助後期研究開發和量產技術放大。美國能源部FCTO透過核心聯盟團隊共同分工合作,開啟氫燃料電池互信互惠的聯盟關係。(圖三)

圖三、FCTO建立之氫燃料電池聯盟關係
圖三、FCTO建立之氫燃料電池聯盟關係

與會心得
美國能源部FCTO在燃料電池計劃領域為推動運輸,以固定式和早期市場應用的燃料電池技術為目標,同時,提高.....以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


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