(EnerMaster)燃料電池概論6 :SOFC…將可突破PEMFC諸多困境…台灣如何儘速走過PEMFC冤枉路？ by Enermaster Technology Co., Ltd.

rational@enermaster.com.tw (2011/06/09@THIT)【 SOFC(固體氧化物燃料電池) …將可突破PEMFC諸多困境…台灣如何儘速走過PEMFC冤枉路？】

案例(EnerMaster)DM(EM-H1000D1) SOFC(固體氧化物燃料電池) …將可突破PEMFC諸多困境 …台灣如何儘速走過PEMFC冤枉路？ Dr. Rational You(游李興) Founder & GM/ EnerMaster(能碩科技) (2011/06/09 @THIT)

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(EnerMaster)DM(EM-H1000D1)Features

Source： rational@enermaster.com.tw (2011/06/)【 (EnerMaster)DM(EM-H1000D1)2010605(Erin).pdf】

(p.3)

Source： rational@enermaster.com.tw (2011/06/)【 (EnerMaster)DM(EM-H1000D1)2010605(Erin).pdf】

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(EnerMaster)DM(EM-H1000D1)PK

Source：rational@enermaster.com.tw(2011/06/)【(EnerMaster)DM(EM-H1000D1)2010605(Erin).pdf】

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FC系統－系統架構 & 技術分工

(1)合金氫罐

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)

(A) 燃料電池(回顧) Dr. Rational You(游李興)

EMS (電能管理) 餘熱回收餘水回收

熱管理水管理

Integration (整合)

Founder & GM/ EnerMaster(能碩科技) (2011/06/)

Stack(燃料電池堆) (p.5)

Source：rational@enermaster.com.tw(2011/06/)

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/) 【(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】

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PEMFC_MEA(膜電極組)→Cells→Stack

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H2高壓700Bar(100L)時FCV方可駛500公里 ≒60kL 1/1000 ≒2wt.%(250Kg) 1/400

@-253℃ ≒70Kg

1/300

@250~350ATM ≒200L

Fuelcell.swf Source: www.sglcarbon.com Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源(5)普及化的問題】

(p.7)

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(05)汽車用FC】

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(protonenergy.com)HG(HOGEN)S-Series(1) 6.7kWh/m3 ［消耗6.7度電→(產氫量可發)1度電］

Source：rational@enermaster.com.tw (2011/06/) 【(protonenergy.com)HG(HOGEN)200Psi≒13.8Bar(S10≒250LPH)(S20≒500LPH)(S40≒1000LPH)6.7kW(NTD4M)】

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Reformer產氫: 線上&集中式

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/); (工業材料)2007/10(吳俊達)Reformer產氫技術的發展與應用

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低碳@Refom→FCV@2030→零碳@2035

10 Source：【20091027(MOEA,BOE,ITRI)發展綠能產業與建構低碳社會(03)日本定置型FC(熱電)商業化(Dr.Honda@GasAndPowerCo】 (p.10)

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(Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(1)

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Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/) 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio】

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PEMFC構造和發電原理

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】

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PEMFC的PEM之Nafion結構…保濕!?

(p.13)

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】

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FC (少用&急開)導致Pt燒結和脫落(LIFE降低)

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影響PEMFC性能因素：Pt、CO、H2O&溫度

0.4W(cm^2)

0.4mg(cm^2)

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(03)FC的構造】

(p.15)

(p.16) Source: rational@enermaster.com.tw (2010/10/) 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(03)FC的燃料與氧化劑供應】

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PEMFC複合碳板及流場板(黏貼於MEA)↓

Source: rational@enermaster.com.tw (2008/05/); (全華科技)燃料電池(黃鎮江-編譯DOE 2001) 2003/11 (04)PEMFC

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PEMFC-Stack內置散熱雙極版

Source: rational@enermaster.com.tw (2008/05/); (全華科技)燃料電池(黃鎮江-編譯DOE 2001) 2003/11 (04)PEMFC

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PEMFC-Cell-內加濕 (vs.外加濕)

Source: rational@enermaster.com.tw (2008/05/); (全華科技)燃料電池(黃鎮江-編譯DOE 2001) 2003/11 (04)PEMFC

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DMFC運作原理

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Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (3)支配人類生活的燃料電池】

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DMFC的地雷: 直接得6H+,但需牽引18H2O

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每1kW的DMFC和PEMFC白金(各需100g和1g)

甲醇:6~10v% 陽極H2O濃度高 A→C的H2O極多

0.4W (cm^2)

0.4mg (cm^2)

耗能: 1 不斷排出CO2

0.04W (cm^2)

2.升溫到60℃ 3. 送回1+18H2O

4.0mg (cm^2)

‧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 (2011/06/); (EnerMaster)200710(p118)直接甲醇FC技術的發展(康顧嚴)

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Casio-RMFC-4W-System Schematic

Casio-RMFC-(micro-reactor) Schematic

Source: rational@enermaster.com.tw (2007/11/); J Power Sources 2005 (V145) p0691~696 (Casio)

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/); (五南出版)燃料電池…原理與應用(衣寶蓮)2005/03 (05)DMFC

(p.23)

Source: rational@enermaster.com.tw (2007/10/); FC Seminar at Hawaii (2006/11/13~17) by CASIO

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CN1846324(Fig.6)RMFC含H2回收燃料電池系統 440

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日本1kW家用RGFC共訂SPEC@BOP&CHP

燃燒用甲醇供應管線 27 發電用甲醇供應管線 29

燃料處理器(15)

燃料電池(20)

Source: rational@enermaster.com.tw (2008/01/15); (Ultracell)F01=F02(CN1846324)高效微燃料電池系統和方法

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日本2009/05/開始(全球?)率先發售家用PEFC

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/) ; http://www.nef.or.jp/sofc/shinchoku/index.html 【(NEF.or.jp)20110310(平成22年度=2010年度)固體酸化物形燃料電池(SOFC)實證研究成果報告會資料(預稿集)】

(p.27)

Source：rational@enermaster.com.tw (2011/05/)【 (日本FC推進室)201003(NEDO)家庭用FC關連補機類(共通仕樣)1KW】

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日本1kW家用FC台數&節能&減碳

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家用FC售JPY50~70萬@2015; 250萬台@2030

(B1) SOFC(固體氧化物燃料電池) …將可突破PEMFC諸多困境 Dr. Rational You(游李興) Founder & GM/ EnerMaster(能碩科技) (2011/06/)

(p.29)

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SOFC工作原理: CO跟H2都是Fuel@電化學

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】

(p.31)

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圓管式與平板式SOFC幾何形狀結構與組成

Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (全華科技)燃料電池(黃鎮江)2003/11/(06)SOFC

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SWP圓管式SOFC系統示意圖

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圓管式SOFC燃料氣體處理方式 (a) 與空氣在燃燒室混合後進行燃燒﹐ (b) )將其導回燃料氣體迴路中在重新進入燃料電池進行電化學反應所得餘熱可作為燃料電池進口空氣預熱之用

Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (全華科技)燃料電池(黃鎮江)2003/11/(06)SOFC

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扁管式SOFC電流路徑(vs.圓管式) (i) (a) 傳統圓管式SOFC

(b) 扁管式SOFC

Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (全華科技)燃料電池(黃鎮江)2003/11/(06)SOFC

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FC運轉溫度的差異造就不同特徵 ♁電>熱@CHP(水箱Compact@高溫) ○可選擇的原燃料多

☉從前面的分析中得知， ‧影響圓管式SOFC輸出功率的結構因素有電極或電解質厚度以及電池長度。 ☉從影響電池歐姆阻抗的電流行進方向來看(圖◆↑左) ： ‧電流首先環繞著燃料電極前進、穿越電解質進入空氣電極， ‧然後環繞空氣電極而抵達雙極連結材料，最後電流通過雙極聯結材料而進入下一個串聯之電池管之燃料電極。 Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (全華科技)燃料電池(黃鎮江)2003/11/(06)SOFC

(p.35)

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(02)FC的原理與特徵】

(p.36)

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已實用化的定置型(PAFC、PEMFC、SOFC)

Source： rational@enermaster.com.tw (2011/05/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(06)定置型FC】

(p.37)

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★SOFC比PEMFC…發電/開機/體積/燃料操作溫度發電效率

PEMFC ~ 80°C ‧36%

熱回收效率 (LHV) 燃料啟動時間

‧45% ‧H2 ☉短 ‧可每天開機 ‧開機≒0.5小時

額定功率

‧1~100 kW ‧280L (09FY Model) ‧65°C(@120L)

尺寸 (1 kW Class) 熱水溫度

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SOFC/GT複合發電站：發電效率=60%

Source： rational@enermaster.com.tw (2011/05/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】

(p.38)

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日本CHP@SOFC優於PEFC：電>熱、總效率

SOFC ~ 750°C ‧45% ‧40~45% ‧H2、 CO ☉長 ‧連續運轉 ‧開機≒2小時 ‧1 kW~100 MW ‧150L ▲ (09FY Model) ‧80°C▲(@70L)

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/) 【 (工業材料)201007p121(張文振)日本家用定置型燃料電池產業發展現況】

(p.39)

40 Source：【20091027(MOEA,BOE,ITRI)發展綠能產業與建構低碳社會(03)日本定置型FC(熱電)商業化(Dr.Honda@GasAndPowerCo】 (p.40)

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SOFC比PEMFC…發電、體積、壽命…全優!

Source：【20091027(MOEA,BOE,ITRI)發展綠能產業與建構低碳社會(03)日本定置型FC(熱電)商業化(Dr.Honda@GasAndPowerCo】 (p.41)

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日本FC@CHP小型化…安裝@陽台→窗台

42 Source：【20091027(MOEA,BOE,ITRI)發展綠能產業與建構低碳社會(03)日本定置型FC(熱電)商業化(Dr.Honda@GasAndPowerCo】 (p.42)

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SOFC 家用CHP系統(700 W)-1,2 (1) Kyocera開發

SOFC 家用CHP系統(700 W)-3,4

(2) Kyocera 、大阪瓦斯、 TOYOTA 、AISIN 精機

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/) 【 (工業材料)201007p121(張文振)日本家用定置型燃料電池產業發展現況】

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(3) ENEOS開發

(p.43)

(4) Kyocera、東京瓦斯、Rinnai、 Gastar…共同開發

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/) 【 (工業材料)201007p121(張文振)日本家用定置型燃料電池產業發展現況】

(p.44)

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日本SOFC實證安裝進度與廠家分布情形

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NTT(&東邦瓦斯)SOFC(5kW)自備電力(無CHP) ☉NTT與東邦瓦斯、住友精密工業共同開發出發電輸出功率5kW等級之商用SOFC(固體氧化物燃料電池)系統。 ‧在代表燃料能源等之程度電力變化的定格發電效率達到44%以上﹐高於率先商品化之PEFC(固體高分子型)家用新機型之40%。 ‧2011年春季計畫在NTT研究所內﹐進行試用實驗。 ‧2020年預計在集團之通訊設施設置2000台﹐同時亦將評估針對店鋪、公共設施銷售之可行性。 ☉該三家公司合作在2009年開發出發電模組。 ‧此次﹐除模組發電性能提高外﹐亦採用低耗電之周邊設備等﹐並搭配高效率轉換器﹐將功能提升至可商用化之層次。 ‧燃料控制裝置採抑制壓力損失之配管設計﹐模組因而得以穩定供應燃料與空氣。 ☉計畫在2020年將輸出功率提高至數十kW等級﹐

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/) 【 (工業材料)201007p121(張文振)日本家用定置型燃料電池產業發展現況】 NOC Data at Large Scale Demo Project

‧以做為NTT集團通訊設施、資料中心之電源裝置。 (p.45)

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TOTO於2002年SOFC熱自主模組試驗機

(p.47) Source: (全華科技)200411(王建義)圖解燃料電池百科(2-06)採用濕式法之圓筒型SOFC開發(上野晃@東陶=TOTO)

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/) 【NTT與東邦瓦斯等共同開發商用SOFC(5kW)…試用@2011…2k台@2020】

(p.46)

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TOTO燃料電池業務計畫…V-Plan 2017

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/06/) 【20100302(大和國泰證卷)燃料電池即將正式邁入普及階段(日本大和國泰)】

(p.48)

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ENEOS的SOFC家用700W全球2011/10/上市

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ENEOS的SOFC家用700W售JPY150萬(補105)

☉JX日礦日石能源(ENEOS)在第七屆國際氫燃料電池展(FC EXPO 2011)(東京有明國際會展中心﹐2011年3月2～4日)上﹐展出了家用SOFC(固體氧化物型燃料電池)。 ‧這款燃料電池將於2011年10月在全球率先上市﹐該公司剛於2011年2月 24日宣佈了這一消息。

☉據JX日礦日石能源介紹﹐兩者的最大不同是PEFC的工作溫度為80℃左右﹐而SOFC則高達750℃。另外﹐最大發電效率方面﹐PEFC為37%﹐而 SOFC則為45%。 ‧PEFC為了改性而燃燒煤氣﹐而SOFC中可將反應熱用於改性這一點有助於提高效率。

☉該款SOFC的性能參數如下﹕額定輸出功率為700W﹐額定發電效率為 45%﹐額定熱回收效率為42%﹐蓄熱水箱的容量為90升。 ‧JX日礦日石能源表示﹐「熱水供應基本上是連續運轉﹐而發電方面可進

☉設想價格方面﹐與預定2011年4月1日大幅降價的PEFC(固體高分子型燃料電池)產品的新價格基本相同﹐約為270萬日元左右。 ‧據JX日礦日石能源介紹﹐購買者會獲得105萬日元的補助金﹐因此實際上用戶的負擔額為150多萬日元。

行0～100%的負荷跟蹤運行」。 ‧還配備了如果產生的熱水量超出水箱容量(90升)時﹐可從水箱上部將熱能排出的功能。

Source: rational@enermaster.com.tw; 【20110307(技術在線)ENEOS展出預定10月上市的SOFC型家用燃料電池】 ttp://china.nikkeibp.com.cn/news/econ/55499-20110304.html (記者﹕野澤哲生)

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ENEOS的SOFC家用700W…45%@電+42%@熱 ☉該款SOFC的性能參數如下﹕額定輸出功率為700W﹐額定發電效率為45%﹐額定熱回收效率為42%﹐蓄熱水箱的容量為 90升。 ‧JX日礦日石能源表示﹐「熱水供應基本上是連續運轉﹐而發電方面可進行0～100%的負荷跟蹤運行」。 ‧還配備了如果產生的熱水量超

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ENEOS的SOFC家用700W與PEFC比較 ☉據JX日礦日石能源介紹﹐兩者的最大不同是PEFC的工作溫度為80℃左右﹐而SOFC則高達 750℃。另外﹐最大發電效率方面﹐PEFC為37%﹐而SOFC 則為45%。 ‧PEFC為了改性而燃燒煤氣﹐而 SOFC中可將反應熱用於改性這一點有助於提高效率。

出水箱容量(90升)時﹐可從水箱上部將熱能排出的功能。 Source: rational@enermaster.com.tw; 【20110307(技術在線)ENEOS展出預定10月上市的SOFC型家用燃料電池】 ttp://china.nikkeibp.com.cn/news/econ/55499-20110304.html (記者﹕野澤哲生)

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(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW@NG(Module)

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(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW@NG(+EMS) 1 STACK

& FP& BOP≒Gennex™ Fuel Cell

Module 2 Integrated water treatment system 3 Integrated gas cleaning system 4 EMS≒Power management system, including grid connect inverter

(p.53) Source：rational@enermaster.com.tw (2010/11/) 【(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW,NG,60%+30%@1.6kW】［Ceramic Fuel Cells］

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(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW, 60%+30% @1600W

1000W

300W

1600W

(p.55) Source：rational@enermaster.com.tw (2010/11/) 【(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW,NG,60%+30%@1.6kW】［Ceramic Fuel Cells］

(p.54) Source：rational@enermaster.com.tw (2010/11/) 【(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW,NG,60%+30%@1.6kW】［Ceramic Fuel Cells］

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(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW(SPEC-1) ◎Performance ‧Electric Output: 0 to 2,000 W ‧Power output modulation from 0 % to 100 % ☉Max. Electrical Efficiency: 60 % at 1600W output (Net AC export LHV) 。Note: Thermal output and water recovery only possible with heat recovery system connected ☉Thermal Output: Approx. 300 W to 1000 W ‧Depending on electric power output and heat recovery water temperature (exhaust gas cooled to 30 °C) ♁Total System Efficiency: Up to 85 % (depending on heat and condensate recovered)

(p.56) Source：rational@enermaster.com.tw (2010/11/) 【(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW,NG,60%+30%@1.6kW】［Ceramic Fuel Cells］

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(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW(SPEC-2) ◎Inputs ‧Electrical: 230V ±10% 50Hz ‧Single Phase AC parallel grid connected ‧Natural Gas: For start-up & operation ‧Supply pressure 0.9 to 2 kPa(integrated gas desulphurisation) ‧Water: For internal steam reforming: ‧Supply pressure min. 100 to 600 kPa (integrated water treatment system) ◎Consumption (at maximum output) ‧Natural Gas: 12.6 MJ/hr (12,000 BTU/hr) ‧Actual gas volume dependant on composition of natural gas ‧Water: 0.0 ℓ /hr - 1.67 ℓ/hr ☉Water consumption dependant on: ‧ if heat recovery connected﹔ ‧amount of condensate recovered from flue gas (p.57) Source：rational@enermaster.com.tw (2010/11/) 【(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW,NG,60%+30%@1.6kW】［Ceramic Fuel Cells］

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(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW(SPEC-4) ◎Operating Conditions & Other ‧Ambient Temperature: +1 °C - +45 °C ‧Inlet Air Temperature: -20 °C - +45 °C ‧Location: Indoors - excluding living zones 。Outdoors - protected from the elements and above freezing temperature ‧Start-up Time: 25 Hours ‧Minor Maintenance Approx 12 months 。Air filters (depending on installed location) 。Water filters (depending on input water quality) ‧Major Maintenance Interval: Greater than 12 months 。Desulphuriser (subject to gas composition) 。Air filters (depending on installed location) 。Water filters (depending on input water quality) ‧Approx. Mass: < 200 kg (p.59) Source：rational@enermaster.com.tw (2010/11/) 【(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW,NG,60%+30%@1.6kW】［Ceramic Fuel Cells］

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(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW(SPEC-3) ◎Outputs ‧Net AC export: 0 W – 2,000 W ‧Single Phase parallel grid connected: 230V ±10% 50Hz ‧CO2 Emissions: 340 g/kWh ‧Flue gas emissions consist of CO2 and water vapour virtually no NOx or SOx emissions ‧Flue Gas Temperature: Max 200 °C ‧Maximum if heat recovery system not connected ‧Useable Water: Max 1.1 L/hr ‧From water treatment system if heat recovery system not connected ‧Noise level: < 45 dBa

(p.58) Source：rational@enermaster.com.tw (2010/11/) 【(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW,NG,60%+30%@1.6kW】［Ceramic Fuel Cells］

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(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW(SPEC-5) ◎Connections ‧Fuel: ½＂ BSP female ‧Water 。Supply: ¼＂ quick connect ｀John Guest＇ fitting 。Hot water: 2 x ¾＂ BSP female 。Drain: 2 x ¼＂ quick connect ｀John Guest＇ fittings ‧Electricity: Hardwired via junction box on external casing ‧Flue: Balanced flue with standard concentric flue ‧100/60 mm diameter ‧Communication: Connection via standard Ethernet port

(p.60) Source：rational@enermaster.com.tw (2010/11/) 【(cfcl.com.au)SOFC(BlueGen)2kW,NG,60%+30%@1.6kW】［Ceramic Fuel Cells］

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TOTO的SOFC家用700W…可300W、低300℃) ☉TOTO宣佈正在開發額定發電功率為700W的家用SOFC(固體氧化物燃料電池)(圖↓)。計畫2008年進行驗證試驗。

(B2) SOFC(固體氧化物燃料電池) …台灣如何儘速走過PEMFC冤望路？ Dr. Rational You(游李興) Founder & GM/ EnerMaster(能碩科技) (2011/06/)

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‧其特點是﹐配備了2005年10月發佈的工作溫度為＋500℃的電池單元。 ‧該單元可在比原來的SOFC低300℃以上的溫度條件下工作。 ☉由於可在比原來更低的溫度條件下運轉﹐通過減小隔熱材料等的厚度﹐ 實現了小型化。 ‧同時﹐由於電池單元的直徑僅5mm﹐不容易受到溫度變化引起的熱量偏差的影響。㊣因此﹐晚上等不太用電的場合﹐可以採用部分負荷運轉﹐降低輸出功率 (圖↓)。 ‧TOTO表示﹐把700W的額定輸出功率降至300W的部分負荷運轉﹐效率基本沒有變化。 Source: rational@enermaster.com.tw; 【20070731(技術在線)SOFC是家用燃料電池的主流﹖東陶將對700W級產品實施驗證試驗】 (p.62) http://china.nikkeibp.com.cn/news/elec/4608-200707310122.html(狩集浩志﹐清水直茂)

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TOTO的SOFC家用700W…46%電+35%熱

☉將實施驗證試驗的發電系統要達到的目標是﹕發電效率達到46%以上 (AC送電端效率、低發熱量標準)﹐熱回收效率達到35%以上。 ‧包括輔助裝置在內的系統﹐容量達到130L――與空調的室外機相同﹐重量瞄準50kg(圖↓)。 ‧其中﹐發電模組的外形尺寸為高280mm×長480mm×寬390mm(大約52L)。

☉SOFC的發電效率在45%以上﹐比目前正在實施大規模驗證試驗的家用燃料電池PEFC高出10%左右﹐作為新一代家用燃料電池被寄予厚望。 ‧但是﹐此前存在工作溫度高、啟動/停止花費時間長、受熱量偏差影響容易破損等問題。 ‧不過﹐最近諸如東陶的開發品正在加快改進技術﹐而PEFC面臨減低成本、延長壽命的課題﹐因此SOFC已成為PEFC的威脅力量。

☉為了使電池單元在500℃左右的溫度條件下工作﹐電解質一般使用的是鈰氧化物…鑭・鎵氧化物。 ‧但存在的問題是﹕使用這種電解質時﹐在燒結工序中﹐電解質與燃料極所含的鎳(Ni)發生反應﹐導致內部電阻增加﹐而無法得到充足的電動勢。 ‧東陶通過形成鎳鈰氧化物作為電解質與燃料極之間的中間層﹐來防止與鎳發生反應。

Source: rational@enermaster.com.tw; 【20070731(技術在線)SOFC是家用燃料電池的主流﹖東陶將對700W級產品實施驗證試驗】 (p.63) http://china.nikkeibp.com.cn/news/elec/4608-200707310122.html(狩集浩志﹐清水直茂)

Source: rational@enermaster.com.tw; 【20070731(技術在線)SOFC是家用燃料電池的主流﹖東陶將對700W級產品實施驗證試驗】 (p.64) http://china.nikkeibp.com.cn/news/elec/4608-200707310122.html(狩集浩志﹐清水直茂)

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TOTO的SOFC家用700W…可300W、低300℃)

Source: rational@enermaster.com.tw; 【20070731(技術在線)SOFC是家用燃料電池的主流﹖東陶將對700W級產品實施驗證試驗】 (p.65) http://china.nikkeibp.com.cn/news/elec/4608-200707310122.html(狩集浩志﹐清水直茂)

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TOTO的SOFC家用700W…開發目標

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TOTO的SOFC家用700W…減小隔熱材…直徑5mm

Source: rational@enermaster.com.tw; 【20070731(技術在線)SOFC是家用燃料電池的主流﹖東陶將對700W級產品實施驗證試驗】 (p.66) http://china.nikkeibp.com.cn/news/elec/4608-200707310122.html(狩集浩志﹐清水直茂)

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SOFC全球2011/10/上市…PEFC危在旦夕？ ☉「您說是10月﹖是今年10月嗎﹖」JX日礦日石能源的發表不禁令人懷疑自己的耳朵。 ‧該公司將在家用燃料電池「ENE-FARM」中追加使用SOFC(固體氧化物型燃料電池)款式。 ‧雖然發表沒有提及﹐但單元已經確定為京瓷生產。 ‧SOFC款的預定上市的時間是2011年10月。 ‧SOFC的開發竟然進展到了如此地步……京瓷的實力真令人生畏。 ☉燃料電池分成PEFC(固體高分子型燃料電池)和SOFC兩種。 ‧PEFC的電解質為塑膠﹐SOFC的則為陶瓷。 ‧就技術水準而言﹐SOFC遠高於PEFC。 ‧但是﹐鑒於PEFC剛在市場上推出﹐人們自然認為SOFC時代的到來為時尚早。 ‧而現如今﹐SOFC的實現卻如此之快﹐PEFC的位置危在旦夕。

Source: rational@enermaster.com.tw; 【20070731(技術在線)SOFC是家用燃料電池的主流﹖東陶將對700W級產品實施驗證試驗】 (p.67) http://china.nikkeibp.com.cn/news/elec/4608-200707310122.html(狩集浩志﹐清水直茂)

Source: rational@enermaster.com.tw【20110304(技術在線)咦﹖SOFC已經成功了﹖…燃料電池車將何去何從】 http://china.nikkeibp.com.cn/news/econ/55499-20110304.html (記者﹕浜田基彥)

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ENEOS的SOFC家用700W…45%電+75℃熱 ☉SOFC的效率高於PEFC。即將在10月上市的SOFC款ENE-FARM的額定發電效率也高達45%﹐比PEFC版高10%。 ☉由於其工作溫度也比較高﹐因此反應無需昂貴的催化劑。 ☉家用燃料電池採用的是電能和熱能並用的「熱電聯產」方式﹐配備了儲存熱水的水罐﹐其熱水溫度為75℃﹐比PEFC版高10℃。 ‧因此﹐水罐的體積可以相應縮小﹐蓄熱水單元的體積也縮小了36%。 ☉SOFC款的發電單元比PEFC款體積小46%。

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ENEOS的SOFC家用700W…CO可發電…跨過PEFC ☉該公司只表示「結構可以簡化」﹐並未做詳細介紹﹐估計兩者之間至少是在改性問題上產生了差異。 △家用燃料電池的原理是對城市煤氣進行改性生成氫氣﹐然後將氫氣作為燃料。 ‧對於PEFC﹐改性過程必須完美無缺。否則便會生成一氧化碳。而一氧化碳會損傷催化劑﹐導致PEFC「一氧化碳中毒」。 ▽SOFC沒有如此高的要求。SOFC不使用會被一氧化碳損傷的催化劑﹐不僅沒有上述問題﹐反而能夠使用一氧化碳發電。SOFC真是太能幹了。 ☉與PEFC相比﹐SOFC效率高10%﹐蓄熱水單元小36%﹐發電單元小 46%﹐但價格相等。 ‧這樣的話﹐各位一定會選擇SOFC吧。如果SOFC順利投產﹐快速實現普及﹐家用燃料電池有可能跨過PEFC﹐直接進入SOFC時代。

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EV的勢頭太猛…FCV將何去何從

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SOFC已經成功了﹖FCV將何去何從(6)

☉讓我們把話題轉到汽車上。如今﹐燃料電池車已經處於「瀕死」狀態。 ‧2002年12月2日﹐豐田和本田分別上市銷售了4輛和1輛「全球首款」燃料電池車。 ‧但採用的是租售方式﹐價格方面﹐豐田為120萬日元/月﹐本田為80萬日元/月。 ‧「客戶」是日本的中央政府部門﹐只能「勉強算是上市」。燃料電池當然是PEFC。 ☉打那以來﹐就基本上聽不到燃料電池車的話題了。 ‧如今的新一代汽車已經是EV(電動汽車)﹐而非燃料電池車。 ‧燃料電池車具有「價格太貴」、「氫氣供應困難」等問題在開發之初就已經被提出﹐所以並不是燃料電池車偃旗息鼓的理由。如果硬要找個理由﹐ 也只能說是EV的勢頭太猛。

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☉但是﹐一旦SOFC早日投入實用﹐燃料電池車將不會再停留在瀕死狀態。‧這時會出現兩種可能﹐一好一壞。 ‧先來說好的可能。當家用SOFC投入實用後﹐沿用其技術生產燃料電池車的做法全面展開。 ☉日產一直在堅持SOFC車的研究。該公司曾經考慮使用SOFC作為EV的增

程發動機。增程發動機是EV中安裝了自發電機的部件。 ‧作用是彌補EV持續行駛距離短的缺點。 ‧當電池即將耗盡時﹐發電機起動﹐在一段時間內以一定的負荷為電池充電﹐直至充滿。 ‧日產的想法是把燃料電池作為發電機。 ‧SOFC的工作溫度高﹐反應慢﹐不擅長突然的啟動停止、提高降低負荷﹐ 但如果作為增程發動機﹐這個缺點就可以忽視。

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SOFC已經成功了﹖FCV將何去何從

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JX日礦日石能源SOFC家用「ENE-FARM」

☉燃料電池的開發如今是家用和車用相輔相成。 ‧開發需要大筆資金。因此﹐電極、電解質膜、催化劑、分離器等廠商一直是以滿足二者共同的需求為前提進行開發。 ‧如果SOFC在家用領域發力﹐自然會對車用領域起到推波助瀾的作用。 ‧除了車用﹐再來看家用方面﹐大阪燃氣也在研究熱電聯產﹐除了京瓷﹐ 豐田也在該公司的研究團隊之中。 ☉再來說不好的可能。PEFC燃料電池車的時代恐怕不會出現。 ‧原因相同。正因為是以二者共同的需求為前提﹐那麼﹐既然家用PEFC的時代不會到來﹐車用PEFC的時代自然無望。二者是一脈相承。 ☉當新一代和更新一代的技術同時存在時﹐如果兩者的問世或普及的時間過於接近﹐很可能會影響新一代技術的普及。 ‧原因是回收投資的時間過短。 ‧對於開發PEFC的人們而言﹐JX日礦日石能源的SOFC發表恐怕是個重磅炸彈。 Source: rational@enermaster.com.tw【20110304(技術在線)咦﹖SOFC已經成功了﹖…燃料電池車將何去何從】 http://china.nikkeibp.com.cn/news/econ/55499-20110304.html (記者﹕浜田基彥)

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小泉純一郎乘坐HONDA的FCV後便了無聲息

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BMW車用APU(輔助電力單元)的500W小型SOFC ☉BMW已開始嘗試類似於以上搭配方法的開發。BMW雖然主張H2引擎為21世紀汽車的動力來源﹐但一直以來﹐仍持續在開發作為汽車用APU(輔助電力系統)的FC。 ☉BMW氫汽車「750hl」的輔助電力﹐就是採用引擎用液態氫的PEMFC。 ‧但BMW之前就已發表可作為新型輔助電力的小型SOFC﹐使用這款FC的重組汽車﹐十分受人矚目。

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Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(05)汽車用FC】

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NanoDynamics- SOFC-Revolution 50H Hybrid

Source: Ratoinal@EnerMaster.com.tw (2011/05/)

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Future Outlook of SOFC by NanoDynamics

Source: Ratoinal@EnerMaster.com.tw (2011/05/)

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Mesoscopic MesoGen-SOFC-250W

NanoDynamics-SOFC-NDRevolution-50H

項目 Weight / Size

Power

Operational Condition

說明／內容備註／其它 ‧Dry weight: 4.3 kg (9.5 lb) ‧Wet weight : 13.2 kg (29 lb) (for 5 days at full power) (120Hrs) (Rational: Fuel 9Kg≒ 250Wx120Hrs=30kWh) ‧Converter Size : 152x254x305 mm (6x10x12 inches) ‧Volume : 12 liters ‧System Specific Energy : 2280 Whr/kg (120 hour run time) ‧Fuel : Sulfur-Free JP-8 or Propane (丙烷) ‧Fuel Specific Energy : 3880 Wh/kg fuel (10.6 liters kerosene for 5 days) ‧Nominal Load Voltage : 25 V (22 to ‧Net User Power : 250 W Average 28 V Unregulated ) ‧Startup Time : <15 minutes (to ‧Nominal Delivered Current : 11 A 50% Power) ‧Altitude : 0~10,000 ft (0~3050 m) ‧Ambient Temperature Range : (derate by 3%/1000 ft above 2000 20~60 ℃ ft ) ‧Operational Orientation : ±45° from vertical

Source: Rational_You.LS/EnerMaster (2006/12/22) Source: Rational_You.LS/EnerMaster (2006/12/22)

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MesoscopicDevicesLLC(Datasheet)MesoGen-SOFC-250W(Military battery charger) 2005/

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低溫SOFC(1)微蜂巢結構-2

低溫SOFC(2)長1cm圓筒型-2

☉結果，在基材的孔壁上形成厚度20μm的電解質膜與厚度10μm的NiO-GDC層，而具備燃料電池功能。 ‧經過該SOFC的發電測試，在700℃當中的功率輸出密度為230mW/cm2，以LSM-GDC系 SOFC而言，已具備全球最高 (?)發電性能。

☉該所計劃在1cm3大小的面積內，集積約100 支的單電池，成為一個約方糖大小的燃料電池，在工作溫度500℃下具有7W的輸出功率。

◆圖﹕圓筒型的 SOFC…直徑 1.6mm、直徑 0.8mm

◆圖﹕錳系 Perovsky 材料(LSM) 微蜂巢結構示意圖

資料來源：產業技術總合研究所

資料來源：產業技術總合研究所 Source: rational@enermaster.com.tw (2007/08/); (Materialsnet)VIP(2007/02/26) SOFC材料及其研發概況

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Source: rational@enermaster.com.tw (2007/08/); (Materialsnet)VIP(2007/02/26) SOFC材料及其研發概況

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低溫SOFC(3)圓扁平狀與波浪狀-1

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低溫SOFC(4)可降低內阻的反應抑制層

☉美國Siemens Power Generation公司在2006 年11 中旬於美國召開的「2006 Fuel Cell Seminar」中，就具備高輸出功率密度的SOFC為題發表講演。 ☉講演中提及該公司開發的不是圓筒型SOFC單電池，而是在將圓筒形狀壓為扁平狀的剖面配置4 支支架(Rib)而為5 個通道(Channel)的「HPD5」和配置9 支支架而為10 個通道的「HPD10」SOFC(圖◆)。 ‧這樣的設計，其反應面積較圓筒型大，自然具備更高的輸出功率。 ‧具體而言，「HPD5」的輸出功率達280mW/cm2，「HPD10」則達330mW/cm2。 ☉另外，該公司亦開發在波浪狀剖面配置有9 個通道的「DELTA-9」SOFC。

☉2005 年10 月初，TOTO公司發表其利用獨家的陶瓷技術所研發出來的SOFC。該SOFC的最大特色是在其電解質層與燃料極之間，另外設計有反應抑制層存在。 ‧電解質所用的是鑭鎵系陶瓷((LaSr)(GaMg)O3)，反應抑制層則是使用鈰系陶瓷 ((CeLa)O2)。 ‧鑭鎵系陶瓷能在500℃溫度中工作，而增加反應抑制層設計則可防止與鎳起反應，讓電池內阻減少1/2。 ☉TOTO 發表的SOFC 電池組(如↓圖◆)是由數十支外形尺寸為直徑5mm、長度50mm 的單電池所組成的。其功率輸出在500℃為28W、600℃為37W。

◆圖﹕有反應抑制層設計的 SOFC 電池組

◆圖﹕圓扁平狀的 SOFC

資料來源：TOTO

資料來源：日經BP 社 Source: rational@enermaster.com.tw (2007/08/); (Materialsnet)VIP(2007/02/26) SOFC材料及其研發概況

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日本家用FC補助5030台@2009年 (NEF.or.jp)20110310(平成22年度=2010年度) 固體酸化物形燃料電池(SOFC) 實證研究成果報告會資料(預稿集) Dr. Rational (游李興) Founder & CEO/EnerMaster (2011/06/)

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日本家用FC補助5127台@2010年(增97台)

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日本家用FC補助台數@2009與2010年

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日本家用FC比較:燃料&建物區&設施

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「日本型」再生能源@家庭&地域&全國

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日本推廣4類型@橫濱&豐田&北九州&??

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日本推廣4類型(1)豐田

日本推廣4類型(2)北九州

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FCV技術實證+社會實證&普及初期+商用普及

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製&儲&充(700Bar)氫站JPY6億(-1)

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製&儲&充(700Bar)氫站JPY6億(-2)

運&儲&充(700Bar)氫站JPY2億(-1)

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運&儲&充(700Bar)氫站JPY2億(-2)

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日本加氫站SPEC比較(美&歐)嚴格

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日本FCV時程@2010~2013~2015

日本(FC推進室)預算案例@2012

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日本民生用FC委案JPY86.7(67.7)億@2012年

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日本PEFC委案JPY38.4(51.0)億@2012

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日本製&送&儲H2委案JPY14.9(13.5)億@2012

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日本H2尖端科學委案JPY6.9(10.0)億@2012

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日本儲存H2材料委案JPY5.9(9.0)億@2012

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日本SOFC技術委案JPY6.2(8.0)億@2012

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日本區域H2供給委案JPY6.2(8.0)億@2012

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日本SOFC實證研究&時程@NEDO及NEF

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日本SOFC實證研究_背景&目的

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日本SOFC實證研究&時程(比較PEFC)

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日本SOFC台數&時程(比較PEFC)

日本SOFC實證研究&實施體制

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日本SOFC廠商&湯槽容量&W數&台數&年度

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日本SOFC家用0.7kW實證廠商&設置狀況

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日本SOFC家用0.7kW實證廠商&設置分布

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日本SOFC技術:平板&圓筒&圓筒平板

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日本SOFC家用0.7kW實證台數@類別

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日本SOFC家用運轉模式&與PEFC比較

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日本FC家用實證:計測&評價項目&評價方法

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日本SOFC家用2008年設置36台實績@2010/12/底

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日本SOFC家用2007年設置29台實績@2010/12/底

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日本SOFC家用2009年設置67台實績@2010/12/底

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日本SOFC家用2010年設置101台實績@2010/12/底

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日本SOFC家用200&~2010年運轉台數@2010/12/底

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