近數年來，無人機製造商如雨後春筍般成立，無人機應用領域亦大幅拓展。無人機動力來源大多使用純電池系統，其飛行/任務時間仍受限於1小時以內（旋翼機）。燃料電池系統技術可使無人機之飛行/任務時間由純電池系統之1小時以內大幅提升數倍，且仍保有電池動力無人機之安靜/可靠/輸出穩定/熱訊號低/低震動與煙霧的優點。
本文將從以下大綱，針對燃料電池無人機相關發展、無人機用燃料電池之設計與應用等進行介紹。
‧燃料電池無人機相關發展
1. 清能（中國）/HES Energy Systems（新加坡）
2. Ballard（加拿大）/Protonex（加拿大）/NRL（美國）
3. EnergyOr（加拿大）
4. 科比特航空科技（中國）
5. Spectronik（新加坡）
6. Intelligent Energy（英國）
7. 眾宇動力系統科技（中國）
‧無人機用燃料電池之設計
1. 燃料電池-鋰電池連結方式
2. 鋰電池選用
3. 燃料電池電堆之種類
4. 燃料儲存方式
5. 燃料電池-鋰電池之匹配
【內文精選】
今年度於美國拉斯維加斯舉辦之消費電子展(CES 2018)，Intel於拉斯維加斯大道上之Bellagio飯店戶外，表演了一場由無人機隊自動編隊飛行並結合水舞之盛大聲光秀，向世人宣示其精準控制技術之成熟，同時意味著無人機(Drone/Unmanned Aerial Vehicle; UAV)時代之到來；除宣示與娛樂意味較大之無人機表演外，展場上無人機巨擘大疆(DJI)展示其最新之植保機產品，以及警方單位為維持治安於拉斯維加斯大道上佈署之Yuneec無人機等，在在顯示無人機已跳脫過往遙控玩具之形象，而是以智能城市之一部分步入你我的生活。
燃料電池無人機相關發展
4. 科比特航空科技（中國）
科比特航空科技主要為燃料電池應用商，將燃料電池導入多旋翼無人機系統飛行。其使用眾宇動力系統科技所提供之HyLite燃料電池系統，於自行開發生產之HyDrone1800多旋翼機（圖六）上進行驗證，創下273 min之優異表現（數據由該公司公開宣稱）。
圖六、科比特航空科技之HyDrone1800燃料電池無人機
6. Intelligent Energy（英國）
Intelligent Energy為設計開發PEMFC電堆與模組之公司，旗下產品包括水冷式與氣冷式電堆，功率範圍涵蓋數W至數kW，應用領域有可攜式（5 W之化學氫行動電源-UPP）、定置型與動力型（SUZUKI Burgman燃料電池機車、定翼/旋翼無人機等）等，其應用於無人機之電堆AC64 Lightweight（圖八）號稱可達1,000 W/kg以上之重量功率密度。
圖八、Intelligent Energy之AC64無人機用輕量直接氣冷燃料電池電堆
除上述廠商外，國際上尚有許多廠商開始積極投入無人機用之燃料電池電堆或BOP等開發與生產製造，尤以中國之發展最為迅速，以金額之投入程度來看，中國將會成為未來燃料電池無人機重要發展國家之一。
無人機用燃料電池之設計
無人機燃料電池系統設計，其中電力能量來源包含燃料電池電堆與鋰電池。鋰電池之作用乃為提供系統額外之高功率輸出（燃料電池電堆輸出根據設計不同，大約為滯空所需功率/推力1倍至2倍範圍，若需更高動力則由鋰電池輸出）以及緊急動力（如燃料電池電堆失效時），其設計所需考量之最關鍵特性乃為達成最長之滯空/任務時間，以解決現今電池無人機之問題並滿足未來電動無人機之應用需求。
1. 燃料電池-鋰電池連結方式
於小型燃料電池系統為求輸出穩定且保護燃料電池，多採用燃料電池電堆先透過變壓器轉換後，連結鋰電池，而後鋰電池對負載進行輸出。此種設計亦常見於定置型系統，使用較大之鋰電池配合較小之電堆，可兼具低成本與高輸出穩定性之效，此時燃料電池主要為對鋰電池充電之用途。在動力型系統（大鋰電小電堆之延距型系統除外）而言，輸出之負載變動相當大，加上酬載空間有限（重量/體積兩者皆是），因此使用大鋰電之應用優勢不再，而將燃料電池-變壓器與鋰電池兩者由串聯改為並聯，電力需求較小時可僅由燃料電池輸出（且多餘電力尚可對鋰電池充電），若需求大時…....以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：張嵩駿、賴建銘、林俊男、蔡麗端／工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」377期，更多資料請見下方附檔。