康顧嚴、蔡英文、張嵩駿、蔡麗端 / 工研院材化所
淨零排放已成全球趨勢，氫能因零碳、高能量密度與多元應用潛力，成為能源轉型關鍵，台灣《2050淨零排放路徑藍圖》將氫能列為重要策略之一。工研院為國內氫能研發核心法人，涵蓋燃料電池、低成本電解製氫、低能耗氫氣純化等完整技術鏈，並推動在地化產業鏈發展，為台灣氫能產業化奠定關鍵基礎。本文將介紹工研院材料與化工研究所於燃料電池、產氫及氫氣純化相關之技術發展以及重要應用成果。
【內文精選】
材化所氫能相關技術發展與成果
1. 燃料電池無人機：拓展航時極限之最佳方法
表一為電動旋翼無人機電能系統比較表，一般鋰離子電池無人機飛行時間普遍低於30分鐘，採用燃料電池則可大幅延長滯空時間。表中顯示韓國Doosan Mobility Innovation所開發之DS30W燃料電池無人機，於無酬載條件下可滯空飛行120分鐘；英國Intelligent Energy燃料電池無人機於搭載5公斤酬載時，則能夠達成80分鐘飛行紀錄。工研院材化所投入氣冷型燃料電池堆與無人機整合系統研發，採用免加濕型膜電極與輕量高功率金屬電堆，並導入高效率混成電力控制策略，成功打造具備高能量密度、可模組化且具實飛經驗之氫燃料電池電力系統。其所開發之四款氫燃料電池無人機，具備更優異之實飛成績與酬載能力：其中最大起飛重量24.9公斤之輕量型直升機已達成「酬載5公斤、滯空181分鐘」公開紀錄；而最大起飛重量63公斤之雙軸直升機型亦達成「酬載10公斤、滯空126分鐘」之飛行實證。
▼表一 電動旋翼無人機電能系統比較表
3. 鹼性膜水電解產氫：高效低成本之低碳製氫技術應用
工研院材化所透過觸媒電極材料、流道設計、電堆模組堆疊組立、BOP選型、電控邏輯及系統整合等技術開發，完成10 kW鹼性膜電解產氫機設計製作，產氫機採氣電分區強化產氫運轉安全性，透過電解電堆密封技術，確保電堆16 barg耐壓不洩漏。系統整合則導入熱管理、電控邏輯及智慧監控等技術，可達到長時連續穩定產氫運轉作業的目標，產氫機運轉產氫量≧2.0 Nm3/h、產氫壓力≧8.0 barg。產氫系統能耗≦53.5 kWh/kg-H2（不含外部冷卻與純水裝置耗電）。對比於國際領先技術指標德國E公司鹼性膜電解產氫機（單一模組功率2.4 kW設計，產氫量0.5 Nm3/h，系統產氫效率約54 kWh/kg-H2）而言，工研院開發之AEMEL系統不論電堆模組或系統整合技術，皆可媲美國際水準，如圖二所示---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖二 工研院材化所AEMEL系統及與國際指標之比較
★本文節錄自《工業材料雜誌》465期，更多資料請見下方附檔。