第三節 燃料電池之種類
3.1 依電解質不同可分為:
3.1.1 磷酸燃料電池(Phosphoric Acid Fuel Cell - PAFC)-第一代燃料電池
主要用於地區性的發電廠與大型運輸工具.
以100%濃度磷酸為電解質,用碳化矽粉末製成的maxtrix來吸附高濃度磷酸,
且磷酸穩定度高,所以能在高溫操作,工作溫度約160~220°C,而100%濃度磷酸可
降低水的蒸汽壓,有助於水處理.
由於其氧氣在磷酸溶液中的還原速率比其他的酸性溶液小,所以啟動慢;餘
熱利用率低,不適合低溫操作,因此,發展不如質子交換膜與高溫型燃料電池.
3.1.2 熔融碳酸鹽燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell - MCFC)-第二代燃料電池
以熔融態的鹼性金屬(鉀,納,鋰)碳酸鹽為電解質,用LiAlO 2 製成ceramic
maxtrix來儲存電解質,因其電解質需在熔融狀態才具有離子傳導之能力,所以操
作溫度約600 ~ 700°C,餘熱利用價值高,適合區域性分散電站,由於高溫下,反應
不受CO之影響,電極反應容易,不需使用貴金屬做觸媒,在陽極使用較便宜的
Ni/Cr/Al即可,陰極為NiO,反應時,需循環使用CO 2 .
發展上,有高溫反應所產生腐蝕與電解液滲漏之問題.
3.1.3 固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell - SOFC)-第三代燃料電池
以固體,無孔隙金屬化合物,(如Y 2 O 3-stabilized ZrO 2),為電解質,利用氧離
子在金體中穿梭,以進行離子傳導,通常陽極為Ni/ZrO 2,陰極為Sr/LaMnO 4 材料,屬
高溫型燃料電池,操作溫度約800~1000°C.
因此,不需使用貴金屬為觸媒,不受CO毒化之影響.
有管狀,平板狀,塊體狀三種不同型式的設計,其為全固體的結構,無電解質
流失之問題,適合大型建築物中型電站,但有固態電解質與觸媒層的界面問題,導
致性能下降,而電解質堅硬易碎,無法大型化之問題.
3.1.4 鹼性燃料電池(Alkaline Fuel Cell - AFC),可分為:
3.1.4.1 高濃度KOH溶液(85% wt),在高溫250°C中操作.
3.1.4.2 低濃度KOH溶液(35~50% wt),在低溫120°C中操作.
以KOH為電解質,觸媒選擇性很廣,可用Ni,Ag,Spinels及其他貴金屬,若CO
與KOH反應,會形成K 2 CO 3,造成電解質阻抗增大而影響傳導性,導致性能降低,因
此必須做好CO,CO 2 之檢測,最好使用純氫,純氧.
具有高的能量轉換效率,最早發展適用於太空與軍事用途(如太空梭,潛水
艇等特殊用途).
是燃料電池中,效能最高者,但電解質是鹼性溶液,會與CO 2 生成碳酸鹽類,
沉積在多孔型電極上,所以無法以空氣作為氧化劑,有實用上之困難.
3.1.5 直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell - DMFC)
以氟樹脂系與磺酸根所構成的高分子固態薄膜,,可在低溫下(60~90°C)操
作.
反應機制與質子交換膜燃料電池相似,相異的是直接以甲醇為陽極燃料供
應,而陽極使用的觸媒以Pt,Ru/C代替Pt/C,其優點在於商業化成本低,運輸與儲
存力方便,但其觸媒易遭反應中間物毒化,效能降低太快,電流密度不足,希提高
甲醇使用率與避免未反應甲醇滲透過薄膜,以提高整體之效率.
3.1.6 質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell - PEMFC)
以氟樹脂系與磺酸根所構成的高分子固態薄膜,具有良好質子傳導能力,而
反應只生成液態水,無腐蝕污染問題,但水處理對其效率有顯著影響,若水分不
足,薄膜會脫水,過多,會妨反應氣體在電極的擴散.操作溫度常低於120°C,可在
室溫中快速啟動.
無電解質流失,水易排除,壽命長之優點,適合家庭發電裝置與運輸工具,為
研究主流.
此電池只能以白金(Pt)為觸媒,因此,CO造成白金觸媒毒化的問題,需加克
服.
3.2. 依操作溫度可分為:
3.2.1 高溫型:如熔融碳酸鹽燃料電池,其操作溫度為650°C;固態氧化物燃料電池,其操
作溫度為800~1000°C,不需觸媒催化作用且不受CO毒化之影響
3.2.2 中溫型:如磷酸燃料電池,其操作溫度為200°C.
3.2.3 低溫型:如鹼性燃料電池,質子交換膜燃料電池,其操作溫度為60-90°C.