(EnerMaster)20120927A(RationalYou)《燃料電池概論》(07)【探究PEMFC(質子交換膜燃料電 池)LIFE本質…於UPS用10年3000小時…於FCM(燃料電池機車)用10年6000小時】
《燃料電池概論》(07) 探究PEMFC(質子交換膜燃料電池)LIFE本質 …於UPS用10年3000小時 …於FCM(燃料電池機車)用10年6000小時
Dr. Rational_You (游李興)(有理性) Founder & GM @EnerMaster (FC能源專家) ［dale_chen@must.edu.tw］邀約 20121011A授課 Source: rational@enermaster.com.tw
(p.1)
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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
☉結論: ‧DMFC(1W~10W~100W)←RMFC/RGFC/SOFC(1kW)+Hybrid→SOFC(100kW)
☉建議: SOFC(10W←100W←1kW→10kW→100kW) (p.2)
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(1)合金氫罐
FC系統－系統架構 & 技術分工 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
EMS (電能管理) 餘熱回收 餘水回收
Integration (整合)
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)
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台灣氫能與燃料電池產業「專業分工」嗎？
*南亞電 *碧氫 Source: rational@enermaster.cm.tw (工業材料)200907p051(曹芳海@ITRI能環所)燃料電池技術專題導言：燃料電池產業蓄勢待發
(p.4)
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(PEMFC)MEA(膜電極組)堆疊Cells≒發電Stack ◇當一組燃料電池運轉時﹐工作電壓為0.6～0.8V﹐這意味著﹐要產生足夠 的電壓﹐需要把許多電池串聯起來﹐構成一個電池組﹐如圖↓所示。
Fuelcell.swf
Fuelcell.swf
Source: www.sglcarbon.com Source: rational@enermaster.com.tw 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源(5)普及化的問題】
(p.5)
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20／40／80Ceslls的STACK操作@12／24／48V 4cm
4cm 5cm
Single Cell
0.6V, 10A = 6W 20cm2 @ 500mA/cm2
4cm
5cm
8cm 5cm
串聯 2 Cells 1.2V, 10A = 12W
0.6V, 20A = 12W 40cm2 @ 500mA/cm2
Stack
串聯 20 Cells 12V, 10A = 120W Source: rational@enermaster.com.tw
串聯 20 x 2 Cells 24V, 10A = 240W
串聯 20 Cells 12V, 20A = 240W (p.6)
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直流轉換器可用於將燃料電池的可變化的I-V曲線 行為轉變為一固定的電壓輸出
Source: rational@enermaster.com.tw ; (全華圖書)200810(RyanO'Hayre)燃料電池基礎(09)燃料電池系統介紹
(p.7)
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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
☉結論: ‧DMFC(1W~10W~100W)←RMFC/RGFC/SOFC(1kW)+Hybrid→SOFC(100kW)
☉建議: SOFC(10W←100W←1kW→10kW→100kW) Source: rational@enermaster.com.tw (2012/09/)
(p.8)
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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.9)
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PEMFC的PEM之Nafion結構…保濕!?
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.10)
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FC (少用&急開)導致Pt燒結和脫落(LIFE降低)
Source: rational@enermaster.com.tw 【(日本)FCDIC(石井弘毅)【圖解燃料電池】(03)FC的構造】
(p.11)
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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 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(03)FC的燃料與氧化劑供應】
(p.12)
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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
(p.13)
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雙極(兩面)板@MEA:導流+導電+散熱
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
(p.14)
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(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_BOP(需CVM)
Source：rational@enermaster.com.tw 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.15)
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(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_Operating States …Rejuvenation(活化)(Starvation)@每2~3月
Source：rational@enermaster.com.tw 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.16)
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(Ballard.com)Stack(FCgen-1300)售價USD600
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(200904)】
(p.17)
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Reformer產氫: 即時(發電)／純化 (儲存) 高溫&高壓 →LIFE短
→
Source: rational@enermaster.com.tw ; (工業材料)2007/10(吳俊達)Reformer產氫技術的發展與應用
(p.18)
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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
Source: rational@enermaster.com.tw 【(日本)FCDIC(石井弘毅)【圖解燃料電池】(05)汽車用FC】
(p.19)
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JHFC展示FCV試乘會&加氫站(700Bar)
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (Materialsnet)VIP(2010621)由FC2010 EXPO看日本燃料電池產業發展(吳俊達)】
(p.20)
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氫脆…不銹鋼@高壓H2高溫…(改用)碳纖維(質輕) △高強度的不銹鋼暴露在氫氣中﹐尤其是在高溫高壓下﹐容易發生氫脆現 象﹐失去強度﹐產生裂縫。 ◎壓縮儲氫技術近年來的研究主要在以下兩個方面﹕ ‧對容器材料的改進﹐使耐壓更高﹐本身質量更輕［Rational編註：如≒碳
纖維複合材料］﹐以及減少氫分子透過容器壁﹐避免產生氫脆現象等﹔ ‧在容器中加入某些吸氫物質﹐大幅度地提高壓縮儲氫的密度﹐甚至使其達 到「準液化」的程度﹐且當壓力降低時﹐氫可以自動地釋放出來。
Source: rational@enermaster.com.tw 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(03)FC的燃料與氧化劑供應】
(p.21)
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燃料電池車的架構 (立體)
Source：rational@enermaster.com.tw 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (4)從馬車到氫車】
(p.22)
(EnerMaster)20120927A(RationalYou)《燃料電池概論》(07)【探究PEMFC(質子交換膜燃料電 池)LIFE本質…於UPS用10年3000小時…於FCM(燃料電池機車)用10年6000小時】
日本EV(24kWh)和FCV(120kWh)分界線≒150km
150km Source: rational@enermaster.com.tw 【20111013《燃料電池車銷聲匿跡？》熱潮過去之後≒技術課題被穩步攻克…JPY500萬 @2015…FCV可500km／EV只150~250km】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58118-20110929.html?ref=ML
(p.23)
(EnerMaster)20120927A(RationalYou)《燃料電池概論》(07)【探究PEMFC(質子交換膜燃料電 池)LIFE本質…於UPS用10年3000小時…於FCM(燃料電池機車)用10年6000小時】
(IdaTech)RMFC(Electra H2-I)5kW(濾H2@鈀膜)
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (IdaTech.com)PEMFC(ElectraGen)5000W(ElectraGenH2I≒-5℃)(Gen5≒-40℃)】
(p.24)
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(IdaTech)RMFC(ElectraGen_XTR)5kW(濾H2鈀膜)
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (IdaTech.com)RMFC(ElectraGen_XTR)1~5kW】
(p.25)
(EnerMaster)20120927A(RationalYou)《燃料電池概論》(07)【探究PEMFC(質子交換膜燃料電 池)LIFE本質…於UPS用10年3000小時…於FCM(燃料電池機車)用10年6000小時】
(IdaTech)RMFC(ElectraGen _XTR)1~5kW(濾H2@鈀膜)
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (IdaTech.com)RMFC(ElectraGen_XTR)1~5kW)】
(p.26)
(EnerMaster)20120927A(RationalYou)《燃料電池概論》(07)【探究PEMFC(質子交換膜燃料電 池)LIFE本質…於UPS用10年3000小時…於FCM(燃料電池機車)用10年6000小時】
(IdaTech)RGFC(EtaGen5)0.8~4.6kW(NG,LPG) (濾H2@鈀膜)
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (IdaTech.com)RGFC(EtaGen5)0.8~4.6kW(NG,LPG))】
(p.27)
(EnerMaster)20120927A(RationalYou)《燃料電池概論》(07)【探究PEMFC(質子交換膜燃料電 池)LIFE本質…於UPS用10年3000小時…於FCM(燃料電池機車)用10年6000小時】
(e1na.com)RMHG(e1)5kW≒73kg@193L 150W@Running、400W@StandBy 、開機8~12小時
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (e1na.com)RMHG(e1)5kW,73kg,193L,150W@Running,400W@StandBy(DM)★.pdf】
(p.28)
(EnerMaster)20120927A(RationalYou)《燃料電池概論》(07)【探究PEMFC(質子交換膜燃料電 池)LIFE本質…於UPS用10年3000小時…於FCM(燃料電池機車)用10年6000小時】
(e1na.com)RMHG(e1)5kW≒73kg@193L 150W@Running、400W@StandBy、開機8~12小時
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (e1na.com)RMHG(e1)5kW,73kg,193L,150W@Running,400W@StandBy(DM)★.pdf】
(p.29)
(EnerMaster)20120927A(RationalYou)《燃料電池概論》(07)【探究PEMFC(質子交換膜燃料電 池)LIFE本質…於UPS用10年3000小時…於FCM(燃料電池機車)用10年6000小時】
(e1na.com)RMHG(e1)5kW≒73kg@193L 150W@Running、400W@StandBy 、產速固定
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (e1na.com)RMHG(e1)5kW,73kg,193L,150W@Running,400W@StandBy(DM)★.pdf】
(p.30)
(EnerMaster)20120927A(RationalYou)《燃料電池概論》(07)【探究PEMFC(質子交換膜燃料電 池)LIFE本質…於UPS用10年3000小時…於FCM(燃料電池機車)用10年6000小時】
TOYOTA從EV(過渡期)→FCHV(混合電力車)
Source：rational@enermaster.com.tw (2010/09/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (4)從馬車到氫車】
(p.31)
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TOYOTA的FCV可 50萬km／5000Hrs功率↓30%
Source: rational@enermaster.com.tw 【20111018《燃料電池車銷聲匿跡？》車輛開發向成本削減邁進…FC成本≒JPY1萬／kW…FC (p.32) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html
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SUZUKI的FCM@踏板摩托車(125cc ) FC600W+BT500Wh…氫700Bar@10L可350km
Source: rational@enermaster.com.tw 【(日經BP社)20091023(東京車展)鈴木開發出續航距離達到350km的燃料電池踏板摩托車(BURGMAN)】
(p.33)
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APFCT的FCV@機車(50cc)…均速30m(h)續航75km ☉燃料電池摩托車的車身尺寸為長1576mm×寬440mm×高1087mm﹐重量為 120kg(圖↓)。 ‧馬達由臺灣廠商生產﹐最高速度可達到50km/h。 ‧座椅後部裝有兩個圓筒形儲氫罐。 ☉儲氫罐是亞電與日本制鋼所共同開發的。 ‧尺寸為直徑65mm×高365mm﹐內部壓力為1MPa。 ‧30km/h勻速行駛時﹐續航距離可達到75km。 ☉目前﹐除了在日本制鋼所室蘭事業所內的測試道路上進行試驗之外﹐ 亞電的員工還通過將其用於上下班等來收集資料。 ‧據亞電介紹﹐該公司現正與豐田通商就面向日本銷售這種摩托車進行 商談。
Source: rational@enermaster.com.tw htp://china.nikkeibp.com.cn/news/auto/56166-20110425.html 【20110426(技術在線)亞電開發出燃料電池摩托車與四輪小型車…APFCT的PEMFC已驗3000小時…均速30m(h)續航75km】
(p.34)