(EnerMaster)《燃料電池概論》(28)【Samsung綜合技術院／SDI開發MP用DMFC(直接甲醇燃料電池)2W@180g／150cc…2小時@甲醇匣10cc…換匣200多次】

(EnerMaster)20121206A(RationalYou)《燃料電池概論》(28)【 Samsung綜合技術院／SDI開發MP用 DMFC(直接甲醇燃料電池)2W@180g／150cc…2小時@甲醇匣10cc…換匣200多次】

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OUTLINE ☉FC架構:

《燃料電池概論》(28) Samsung綜合技術院／SDI開發MP用 DMFC(直接甲醇燃料電池)2W@180g／150cc …2小時@甲醇匣10cc…換匣200多次

‧Stack、EMS (+Hybrid)、FP (Fuel Processor)、BOP、Integration

☉FC種類: ‧PEMFC(1W~100kW:含DMFC、RMFC、RGFC)、SOFC(1kW~100kW)

☉運輸用FC: PEMFC (+Hybrid) @700Bar加氫 ‧公共(巴士@點對點)→高階(轎車@普及區)→低階(機車@普及區)

☉定置型FC: PEMFC、RMFC、 RGFC、SOFC(1kW~100kW) ‧PEMFC@UPS：高壓氫(迅速! 安全? 昂貴?)、少用&急開(減損FC壽命) ‧1kW家用RGFC@CHP： 45%熱(節能) +35%電(減碳≒28%) ‧SOFC：1kW家用@CHP≒40%熱+ 45%電；100kW電廠≒複合發電(60%)>熱 ‧FC@電廠： 1M*1kW*JPY50萬(壽命)≒核電廠(需十年)

☉可攜式FC: DMFC、RMFC & RGFC、SOFC(<1kW) ‧DMFC(1~10W~100W)技術：無法延伸(核心能耐)@RMFC ‧RMFC(100W~1kW)技術：可延展到RGFC(1kW~100kW)然後引進SOFC ‧SOFC解決RGFC (1kW) 困境：電(45%)>熱(35%)、免用Pt、多碳燃料、簡化FP

Dr. Rational_You (游李興)(有理性) Founder & GM @EnerMaster (FC能源專家) ［dale_chen@must.edu.tw］邀約 20121206A授課

☉結論: ‧DMFC(1W~10W~100W)←RMFC/RGFC/SOFC(1kW)+Hybrid→SOFC(100kW)

☉建議: SOFC(10W←100W←1kW→10kW→100kW) (p.1)

Source: rational@enermaster.com.tw

(p.2)

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(1)合金氫罐

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FC系統－系統架構 & 技術分工 ☉FC架構:

BOP (熱與水管理)

(2)高壓氫瓶 (3)加水產氫 (4)改質製氫 FP (Fuel Processor) (燃料處理器)

熱管理 水管理

OUTLINE ‧Stack、EMS (+Hybrid)、FP (Fuel Processor)、BOP、Integration

EMS (電能管理)

☉FC種類:

餘熱回收 餘水回收

‧PEMFC(1W~100kW:含DMFC、RMFC、RGFC)、SOFC(1kW~100kW)

☉運輸用FC: PEMFC (+Hybrid) @700Bar加氫 ‧公共(巴士@點對點)→高階(轎車@普及區)→低階(機車@普及區)

☉定置型FC: PEMFC、RMFC、 RGFC、SOFC(1kW~100kW) ‧PEMFC@UPS：高壓氫(迅速! 安全? 昂貴?)、少用&急開(減損FC壽命) ‧1kW家用RGFC@CHP： 45%熱(節能) +35%電(減碳≒28%) ‧SOFC：1kW家用@CHP≒40%熱+ 45%電；100kW電廠≒複合發電(60%)>熱 ‧FC@電廠： 1M*1kW*JPY50萬(壽命)≒核電廠(需十年)

Integration (整合)

☉可攜式FC: DMFC、RMFC & RGFC、SOFC(<1kW) ‧DMFC(1~10W~100W)技術：無法延伸(核心能耐)@RMFC ‧RMFC(100W~1kW)技術：可延展到RGFC(1kW~100kW)然後引進SOFC ‧SOFC解決RGFC (1kW) 困境：電(45%)>熱(35%)、免用Pt、多碳燃料、簡化FP

☉結論: ‧DMFC(1W~10W~100W)←RMFC/RGFC/SOFC(1kW)+Hybrid→SOFC(100kW)

☉建議: SOFC(10W←100W←1kW→10kW→100kW)

Stack(燃料電池堆) Source: rational@enermaster.com.tw 【(滄海書局)200803(黃鎮江)燃料電池(01)燃料電池簡介(01-05)燃料電池系統】

(p.3)

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/09/)

(p.4)

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PEMFC的PEM之Nafion結構…保濕!?

PEMFC(質子交換膜燃料電池)發電反應原理

陽極 PEM

Source:rational@enermaster.com.tw導讀(本間琢也)(上松宏吉)【燃料電池】［瑞昇文化(2011/10/)］(1)【燃料電池是什麼啊﹖】 (p.5)

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DMFC運作原理

Source: rational@enermaster.com.tw 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】

(p.6)

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DMFC的地雷: 直接得6H+,但需牽引18H2O 甲醇:6~10v% 陽極H2O濃度高 A→C的H2O極多

耗能: 1 不斷排出CO2 2.升溫到60℃ 3. 送回1+18H2O

‧陽極：CH3OH + H2O →CO2 + 6H+ + 6e– ‧陰極：3/2 O2 + 6H+ + 6e– →3H2O ‧A→C: 6(H+)x 3H2O=18 H2O﹔∴必須回收19/21(~除濕?)

Source: rational@enermaster.com.tw 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (3)支配人類生活的燃料電池】

(p.7)

Source: rational@enermaster.com.tw (2007/11/); (EnerMaster)200710(p118)直接甲醇燃料電池技術的發展(康顧嚴)

(p.8)

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(UltracellPower) RMFC vs. DMFC

每1kW的DMFC和PEMFC白金(各需100g和1g)

0.4W (cm^2) 0.04W (cm^2)

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0.4mg (cm^2)

4.0mg (cm^2) 需能回收水(1+6x3)/21 (類似~除濕機?)

Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (五南出版)燃料電池…原理與應用(衣寶蓮)2005/03 (05)DMFC

(p.9)

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Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (UltracellPower.com)RMFC-XX25

(p.10)

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Oorja的DMFC(79 Kg)@搬運叉車…甲醇 12L≒12kWH▼=12Hx1kW…駛644km=12Hx54km(H)

(SFC.de)DMFC的25,65,90W 都23L約9kG (保固4.5kH)

☉目前位於加利福尼亞州的OorjaProtonics公司對外展示了其液體甲醇燃料電池 技術﹐該技術可以將電動車的行駛里程增加到400多英里(相當於644Km)。 ☉這種新型燃料電池命名為OorjaPacModelIII﹐擁有20kWH(天) ［▼≒ 1000W@20H］的能量輸出﹐據公司稱﹐這種技術所提供的能量要高於其他 競爭技術50倍。 ‧OorjaPacModelIII擁有一個12公升［≒12kWH］的甲醇燃料儲存罐﹐在滿載 的情況下可以支援車輛連續行駛12-16小時［1kW12H≒12kWH］。 ☉公司的最初目標市場是物料搬運工業領域﹐其生產的燃料電池可以作為電動 叉車的車載電池充電器/增程器使用。

Source： rational@enermaster.com.tw 【 (SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)201005】

(p.11)

Source: rational@enermaster.com.tw ; 【(china-hydrogen.org)20110602(RationalYou)氫能增程技術可以減輕電動車增程煩惱 (5)OorjaProtonics(DMFC@搬運叉車)甲醇12L≒12kWH▲=12Hx1kW﹔駛644Km=12Hx54Km(H)】

(p.12)

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微晶片用微型DMFC供4mW…(未來)燃料≒葡萄糖

OUTLINE ☉FC架構: ‧Stack、EMS (+Hybrid)、FP (Fuel Processor)、BOP、Integration

☉FC種類: ‧PEMFC(1W~100kW:含DMFC、RMFC、RGFC)、SOFC(1kW~100kW)

☉運輸用FC: PEMFC (+Hybrid) @700Bar加氫 ‧公共(巴士@點對點)→高階(轎車@普及區)→低階(機車@普及區)

☉定置型FC: PEMFC、RMFC、 RGFC、SOFC(1kW~100kW) ‧PEMFC@UPS：高壓氫(迅速! 安全? 昂貴?)、少用&急開(減損FC壽命) ‧1kW家用RGFC@CHP： 45%熱(節能) +35%電(減碳≒28%) ‧SOFC：1kW家用@CHP≒40%熱+ 45%電；100kW電廠≒複合發電(60%)>熱 ‧FC@電廠： 1M*1kW*JPY50萬(壽命)≒核電廠(需十年)

☉可攜式FC: DMFC、RMFC & RGFC、SOFC(<1kW) ‧DMFC(1~10W~100W)技術：無法延伸(核心能耐)@RMFC ‧RMFC(100W~1kW)技術：可延展到RGFC(1kW~100kW)然後引進SOFC ‧SOFC解決RGFC (1kW) 困境：電(45%)>熱(35%)、免用Pt、多碳燃料、簡化FP

☉微流體裝置的概念形成於上世紀八十年代末期﹐被譽為將徹底改變醫 學診斷、食品安全、藥物開發和基因排序等領域的技術。 △然而設備中所有必要部件的集成始終是一個限制因素﹐阻礙了微流體概念 的實用化。 ‧微流體晶片體積小且易於加工﹐但是樣品分析所需的電源、泵和控制電 路通常為外置的體積較大的部件﹐並不是微型結構。 ▽巴賽隆納微電子研究所的Neus Sabaté團隊將微型DMFC(直接甲醇燃料 電池)集成在微流體平臺中﹐該燃料電池可提供4mW的電力﹐足夠驅動 裝置運行。 ‧此外﹐Sabaté的團隊還在致力於研究更高程度的裝置集成﹐採取的方法是 使用同一種聚合物製備元件而採用不同的燃料(如葡萄糖)進行試驗。

☉結論: ‧DMFC(1W~10W~100W)←RMFC/RGFC/SOFC(1kW)+Hybrid→SOFC(100kW)

☉建議: SOFC(10W←100W←1kW→10kW→100kW) (p.13)

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Source: rational@enermaster.com.tw ; http://china-hydrogen.org/fuelcell/otherfc/2011-12-07/1260.html 【(china-hydrogen.org)20111207(中國氫能源網)微晶片用微型燃料電池…DMFC供4mW… (未來)燃料≒葡萄糖】

(p.14)

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Samsung綜合技術院與SamsungSDI攜手▼DMFC(甲醇)2W@180g／ 150cc…2小時@甲醇匣10cc…換匣200多次

(MTI)被動式DMFC≒回水、排放CO2、克服甲醇穿透 ☉MTI 公司核心技術主要是利用Stack題結構設計達到內部回水的目的﹐以 節省燃料儲存的空間﹐進而縮小系統體積﹐如圖↓所示。 ☉其中透過PEM如PFSA 、碳氫型等薄膜特性及厚度來克服甲醇穿透問 題﹐並搭配CO2排放等控制手段來提升燃料效率﹐系統輸出功率也可藉 由甲醇供應流量來調控﹐ ☉2010 年初宣稱MEA 在純甲醇條件下可達100 mW/cm2 的水準﹐目前積 極送樣品給合作廠商進行手機等系統實際測試﹐以得到改善的回饋。

□南韓Samsung綜合技術院於10月27日表示﹐已與Samsung-SDI共同研發出以 甲醇為燃料的可攜式產品電池用充電燃料電池［▼DMFC(直接甲醇燃 料電池)］﹐此燃料電池體積僅150cc、重180g﹐為全球最小﹐且輸出電 力為全球燃料電池最高等級﹐達2W。 ☉與連接電源而充電的二次電池不同﹐此燃料電池系屬於無線「充電」方式﹐ 只需更換甲醇匣﹐不用連結電源﹐就可使可攜式裝置「充電」﹔「充電」 時間約2小時［≒4Wh］﹐僅為競爭對手日廠東芝、日立及美商美光產品 充電時間［≒20Wh］的1/5﹐10cc的甲醇匣約可充電2次。 ☉Samsung綜合技術院在可攜式燃料電池領域中﹐已擁有120多項關鍵專利﹐ 包括與此次研究結果相關的20多項海外專利。 ☉Samsung綜合技術院相關人士表示﹐此可攜式燃料電池已通過200多次換 匣後再充電的持久性測試﹐已準備進入商用化﹐ ‧未來面市時的價格將為既有二次電池充電器價格水準﹐且甲醇匣價格將相 當於在便利商店為手機充電的費用。

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 http://www.mtimicrofuelcells.com/technology/ breakthrough.asp

(p.15)

Source: rational@enermaster.com.tw ; http://www.china-hydrogen.org/fuelcell/mix/2012-11-07/2085.html; (china-hydrogen.org)20121107(中國 氫能源網)【 Samsung綜合技術院與SamsungSDI攜手▼DMFC(甲醇)2W@180g／150cc…2小時@甲醇匣10cc…換匣200多次】 (p.16)

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(JPL)主動式DMFC系統複雜&散熱(回收水)體積大

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Toshiba販售Dynario的DMFC薄型化Stack厚度2cm ◇(2009/10/)Toshiba 公司在日本販售的Dynario DMFC 充電器最受矚目﹐ ‧薄型化Stack設計已可將系統厚度降低至2cm (圖↓)﹐ ◎至於選擇現行燃料補充罐設計的原因包括﹕ ‧符合燃料罐、DMFC 系統與燃料接頭的設計﹐其規範含燃料罐須承受 100kgf 擠壓而不漏液﹐燃料罐出口液體排出壓力小於0.1 MPa ﹐與燃 料接頭、燃料電池內部的任何部位須承受液體出口壓力0.2 MPa 以上﹔ ‧增加燃料攜帶內容量等﹐以滿足燃料攜帶安規及最大能量密度之需求。

Source：rational@enermaster.com.tw 【 Schematic of a DMFC system and the internal distribution of components in a 300W DMFC system fabricated at JPL.】

(p.17)

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Panasonic的DMFC≒20W@外置、100W@可移動 ☉Panasonic 公司於2008 年10 月發表與筆記型電腦整合的內置式燃料電池系 統與獨立式的外置充電器﹔外置充電器系統體積為360mL﹐大小約為一 本平裝書﹐平均功率為10W﹐發電效率可達到每mL甲醇輸出1Wh 。 ☉2009 年底再度發表新的外置式充電器﹐如圖↓所示﹔ ‧藉由大幅縮減Stack與周邊元件的體積﹐在系統總體積不變的狀況下﹐將

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 http://www.digitaltrends.com/mobile/toshiba%E2%80%99s-dynario-fuel-cell-charger-lights-up-gadgetswith-methanol/

(p.18)

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Samsung軍用25W的DMFC無方向性、耐環境&防護 ☉SAMSUNG的這款軍用燃料電池【重量「只有」3.5kg】﹐夠一個士兵正常使 用【3天(72個小時)】以上。［▼若20W則1440Wh≒甲醇1.5kg+DMFC主機 2kg］﹔同類產品續航時間如果達到72小時﹐重量則要達到【8~10kg】

平均輸出功率提升至20W ﹐並調整MEA上氣體擴散層的甲醇透過率 來降低甲醇穿透的狀況﹐使Stack壽命提升至5000小時以上。 ☉Panasonic另開發輸出功率100W的可移動式發電機﹐因體積與重量方面 較目前使用之引擎發電機輕便﹐有望做為戶外應用的電源。

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 (p.19) http://fuelcellsworks.com/news/2009/12/28/panasonic-develops-direct-methanol-fuel-cell-system-with-high-power-output-and-durability/

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 Seong Kee Yoon et al.﹐「Direct Methanol Fuel Cell Systems for Portable Applications」﹐2009 Fuel cell seminar & exposition

(p.20)

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SFC的DMFC(M-25與JENNY-600S) 25W

Source: rational@enermaster.com.tw (2010/08/) 【 (工業材料)201007p135(蔡英文)(許盈盈)國際MicroFuelCell發展現況】 http://www.sfc.com/en/wpp-man-portable.html

(p.21)

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(SFC.de)DMFC(udomi.de)(EFOY)WH@Loder

Source：rational@enermaster.com.tw【(SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)WH@Loder】

(p.22)

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(SFC.de)DMFC(udomi.de)EFOY-PRO採用100%甲醇

(SFC.de)DMFC(udomi.de)(EFOY)RV@Travel

甲醇燃料桶特點： •超高能量密度~ 1100Wh/kg •安規認證 •5年以上的保存期 •全球均有供應佈點(??)

Source：rational@enermaster.com.tw【(SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)RV@Travel】

(p.23)

Source： rational@enermaster.com.tw 【 (SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)201005】

(p.24)

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(SFC.de)DMFC(udomi.de)(EFOY-Pro)GSM-2、GSM-GPS-2

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(SFC.de)DMFC(EFOY-PRO)HYBRID≒輸出電壓自動調變

SMS

△One for all – charges 12V and 24V batteries EFOY-PRO is compatible with 12V and 24V batteries. ▽The integrated charge control system identifies battery voltage and automatically adjusts the charging voltage.】

Email

Source： rational@enermaster.com.tw 【 (SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)201005】

(p.25)

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(Hitachi)DMFC(UK-CPI代理)120W效率(只有)22~29%

Source： rational@enermaster.com.tw 【 (SFC.de)DMFC(udomi.de)90W(EFOY-PRO)Series】

(p.26)

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(Hitachi)DMFC其120W採40wt%甲醇0.45L+水0.45L

1Kg 40%估計=120W*4H

Source：rational@enermaster.com.tw 【(Hitachi)DMFC(UK-CPI)120W=7A@DC16.8V,11L,7Kg@Dry,1Kg@Fuel】

(p.27)

Source：rational@enermaster.com.tw 【(Hitachi)DMFC(UK-CPI)120W=7A@DC16.8V,11L,7Kg@Dry,1Kg@Fuel】

(p.28)