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未 來 的 綠 色 能 源 燃 料 電 池

數位一 S09655005 尤仁傑 數位一 S09655027 黃柏齊. 未 來 的 綠 色 能 源 燃 料 電 池. 電 池 的 由 來. 1791 年義大利醫生賈法尼發 表他在解剖時發現 :(l) 如果使 電流通過青蛙腿，青蛙的腿會 連續抽 搐。 (2) 如果青蛙的腿 碰觸到二種不同的金屬，也會 有肌肉抽搐的現象。賈法尼認 為動物的組織會產生電流，而 金屬只是傳遞電流的導體而 已。但伏打不以為然，他認 為電流是由兩種不同的金屬產 生的，他可以用任何潮溼的物 質取代那隻青蛙，於是開始從 事一系列的實驗，終於在

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未 來 的 綠 色 能 源 燃 料 電 池

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  1. 數位一 S09655005 尤仁傑 數位一 S09655027 黃柏齊 未 來 的 綠 色 能 源 燃 料 電 池

  2. 電 池 的 由 來

  3. 1791年義大利醫生賈法尼發 表他在解剖時發現:(l)如果使 電流通過青蛙腿，青蛙的腿會 連續抽 搐。(2)如果青蛙的腿 碰觸到二種不同的金屬，也會 有肌肉抽搐的現象。賈法尼認 為動物的組織會產生電流，而 金屬只是傳遞電流的導體而 已。但伏打不以為然，他認 為電流是由兩種不同的金屬產 生的，他可以用任何潮溼的物 質取代那隻青蛙，於是開始從 事一系列的實驗，終於在 1800 年宣布伏打電池研製 成功，這是第一個能產生穩定 電流的發明。

  4. 電 池 祖 譜

  5. 燃 料 電 池 ~ 背景 • 燃料電池的歷史可以追朔到1839年，由英國法官威廉葛 洛夫(William Grove)在一項業餘的實驗中神奇的發現了 燃料電池的發電原理；但當時因為電極材料問題，使這項 發明未受重視。直到1959年由另一位英國人法蘭西斯培 根(Francis T. Bacon)製作出一個5kW的燃料電池組， 能夠推動電銲機、電鋸、及堆高機，使這項技術得以走出 實驗室，其後使用氫氣為燃料的鹼性燃料電池(AFC)更成 功的應用在太空科技上，成為太空梭的電力供應系統；因 為燃料電池的副產物是純淨的水，故也成為太空人飲水用 的維生系統。

  6. 何 謂 燃 料 電 池 燃料電池（Fuel Cell），是一種發電裝置，但不 像一般非充電電池一樣用完就丟棄，也不像充電 電池一樣，用完須繼續充電。它是藉由一種電化 學反應將化學能直接轉化成電能的發電裝置只要 不斷的給予發電的燃料便可持續供應電力 。燃料 電池正如其名，是繼續添加燃料以維持其電力， 所需的燃料是「氫」，所以被歸類為新能源。

  7. 燃 料 電 池 的 種 類 • 鹼性燃料電池(AFC) • 質子交換膜燃料電池(PEMFC) • 磷酸型燃料電池( PAFC) • 溶融碳酸鹽燃料電池(MCFC) • 固態氧化物燃料電池(SOFC )

  8. 一般被運用於人工衛星上，操作時所需溫度並不高，轉換效率好，可使用之觸媒種類多價格又便宜，例如銀、鎳等，但是在最近各國燃料電池開發競賽中，卻無法成為主要開發對象，其原因在於電解質必須是液態，燃料也必須是高純度的氫才可以。此外，鹼性燃料電池的電解質，易與空氣中的二氧化碳結合形成氫氧化鉀，影響電解質的品質，導致發電性能衰退。一般被運用於人工衛星上，操作時所需溫度並不高，轉換效率好，可使用之觸媒種類多價格又便宜，例如銀、鎳等，但是在最近各國燃料電池開發競賽中，卻無法成為主要開發對象，其原因在於電解質必須是液態，燃料也必須是高純度的氫才可以。此外，鹼性燃料電池的電解質，易與空氣中的二氧化碳結合形成氫氧化鉀，影響電解質的品質，導致發電性能衰退。 鹼性燃料電池(AFC)(Alkaline Fuel Cell )

  9. 電解質為離子交換膜，薄膜的表面塗有可以加速反應之觸媒（大部分為白金），薄膜兩側分別供應氫氣及氧氣，氫原子被分解為兩個質子及兩個電子，質子被氧吸引，再和經由外電路到達此處之電子形成水分子，因此此燃料電池的唯一液體是水，腐蝕問題相當小，同時其操作溫度介於80至100℃之間，安全上之顧慮較低。然而，觸媒白金價格昂貴，若減少其使用量，操作溫度勢必會提升。再者，白金容易與一氧化碳反應而發生中毒現象，因此比較不適合用在大型發電廠，而適合做為汽車動力來源。電解質為離子交換膜，薄膜的表面塗有可以加速反應之觸媒（大部分為白金），薄膜兩側分別供應氫氣及氧氣，氫原子被分解為兩個質子及兩個電子，質子被氧吸引，再和經由外電路到達此處之電子形成水分子，因此此燃料電池的唯一液體是水，腐蝕問題相當小，同時其操作溫度介於80至100℃之間，安全上之顧慮較低。然而，觸媒白金價格昂貴，若減少其使用量，操作溫度勢必會提升。再者，白金容易與一氧化碳反應而發生中毒現象，因此比較不適合用在大型發電廠，而適合做為汽車動力來源。 質子交換膜燃料電(PEMFC)(Proton Exchange Membrane)

  10. 磷酸型燃料電池(PAFC)(Phosphoric Acid Fuel Cell) 因其使用之電解質為100﹪濃度之磷酸而得 名。操作溫度大約為150到220℃之間，因溫度 高所以廢熱可回收再利用。其觸媒與前述之質子 交換膜燃料電池一樣，同為白金，因此也同樣面 臨白金價格昂貴之問題。到目前為止該燃料電池 大都運用在大型發電機組上，而且已商業化生 產，技術較不成問題，惟未能迅速普及，成本居 高不下就是主要關鍵

  11. 電解質為碳酸鋰或碳酸鉀等鹼性碳酸鹽。在電極方面，無論是燃料電極或空氣電極，都使用具透氣性之多孔質的鎳。操作溫度約為600至700℃，因溫度相當高，致使在常溫下呈現白色固體狀的碳酸鹽溶解為透明液體，而發揮電解質之功用。所以此類型燃料電池，並不需要貴金屬當觸媒。因為操作溫度高，廢熱可回收再使用，其發電效率高者可達75到80﹪，非常適合於中央集中型發電廠 溶融碳酸鹽燃料電池(MCFC)(Molten Carbonate Fuel Cell)

  12. 電解質為氧化鋯，因含有少量的氧化鈣與氧化釔，穩定度較高，不需要觸媒。一般而言，此種燃料電池之操作溫度約為1000℃，廢熱可回收再利用，因此大都使用於中規模發電機組。電解質為氧化鋯，因含有少量的氧化鈣與氧化釔，穩定度較高，不需要觸媒。一般而言，此種燃料電池之操作溫度約為1000℃，廢熱可回收再利用，因此大都使用於中規模發電機組。 固態氧化物燃料電池(SOFC )(Solid Oxide Fuel Cell)

  13. 燃料電池發電容量與適用範圍

  14. 運 作 原 理 電池含有陰陽兩個電極，分別充滿電解液，而兩 個電極間 則為具有滲透性的薄膜所構成。氫氣由 燃料電池的陽極進入，氧氣（或空氣）則由陰極 進入燃料電池。經由催化劑的作用，使得陽極的 氫原子分解成兩個氫質子與兩個子，其中質子被 氧『吸引』到薄膜的另一邊，電子則經由外電路 形成電流後，到達陰極。在陰極催化劑之作用 下，氫質子、氧及電子，發生反應形成水分子， 因此水可說是燃料電池唯一的排放物。

  15. 低 污 染 低 噪 音 免 充 電 高 效 率 用 途 多 進 料 廣 燃 料 電 池 優 點

  16. 燃料電池符合時代趨勢兩 項 特 點

  17. 效 率 高 燃料電池的能量轉換效率非常高，它是利用輸 入燃料混合氧，不經過轉換機械能便能持續產 生熱能及電力，也不須傳統二次電池所需的 充放電程序。以氫氣及氧氣為燃料，利用觸媒 加速反應速率，燃料電池可直接將化學能轉變 為電能，其效率可接近40%，若再包括回收 餘熱，效率更可輕易超過65%。

  18. 乾 淨 燃料電池的發電過程幾乎沒有造成任何污 染。如果以11百萬瓦燃料電池的發電廠為 例，電廠運轉的氮氧化物排放量為1PPM， 也沒有硫氧化物及粒狀污染物，比目前最清 潔的天然氣發電廠還乾淨，同時具備低噪 音、安靜等特色。

  19. 應 用 發 展

  20. 問 題 ! 1.燃料電池又稱什麼能源? A: 綠色能源 2.燃料電池的英文縮寫? A: FC （Fuel Cell） 3.燃料電池的發電原理是誰發現的? A:威廉葛洛夫 4.燃料電池的優點?(舉2個) A:低污染 低噪音 免充電 高效率 用途多 進料廣

  21. 參 考 資 料 • 高 中 化 學 講 義 • http://www.tfci.org.tw/ • http://designer.mech.yzu.edu.tw/article/articles/design/(2005-04-28)%20%A9T%BAA%AE%F1%A4%C6%AA%AB%BFU%AE%C6%B9q%A6%C0%B1M%A7Q%C0%CB%AF%C1%BBP%A4%C0%AAR%B3%F8%A7i.asp • http://idic.tier.org.tw/TFCF/data/name/name_1_6_8.htm

  22. The End

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