(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
OUTLINE ☉FC架構: ‧Stack、EMS (+Hybrid)、FP (Fuel Processor)、BOP、Integration
《燃料電池概論》(15)
☉FC種類:
Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素) ≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境
‧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 2012125D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
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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
(p.2)
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台灣氫能與燃料電池產業「專業分工」嗎？
EMS (電能管理) 餘熱回收 餘水回收
Integration (整合)
*南亞電 *碧氫 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.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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20／40／80Ceslls的STACK操作@12／24／48V
(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。
4cm
4cm 5cm
5cm
Single Cell
4cm
0.6V, 10A = 6W 20cm2 @ 500mA/cm2
8cm 5cm
串聯 2 Cells 1.2V, 10A = 12W
0.6V, 20A = 12W 40cm2 @ 500mA/cm2
Fuelcell.swf
Stack
Fuelcell.swf
串聯 20 Cells 12V, 10A = 120W
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)
串聯 20 Cells 12V, 20A = 240W (p.6)
Source: rational@enermaster.com.tw
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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
串聯 20 x 2 Cells 24V, 10A = 240W
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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 ; (全華圖書)200810(RyanO'Hayre)燃料電池基礎(09)燃料電池系統介紹
(p.7)
Source: rational@enermaster.com.tw (2012/09/)
(p.8)
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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.9)
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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 【(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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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 【(日本)FCDIC(石井弘毅)【圖解燃料電池】(03)FC的構造】
(p.11)
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)
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
雙極(兩面)板@MEA:導流+導電+散熱
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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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)
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
日本FCV的Stack每kW成本JPY6000=USD60@2015僅Ballard的 (FCgen-1300)Stack售價USD600的10分之1
(Ballard.com)Stack(FCgen-1300)售價USD600
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(200904)】
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(p.15)
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.16) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html
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日本TOYOTA／HONDA共用(首例)FC組／周邊
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
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FCV解決課題≒耐久、低溫、低成本化(詳述於後)
(p.17)
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TOYOTA的FCV部件(與EV共用)、加濕(停用)@100℃、散 熱器(小型化)
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.19) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html
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.18) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
(Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(1)
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(201105)】
(p.20)
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(Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(2)
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(201105)】
(p.21)
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
(Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(3)
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(201105)】
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
(p.22)
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(Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(4)
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 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(201105)】
(p.23)
(p.24)
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
NTT-PEMFC平面式2W、8.25 Wh、144g／57mL
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
Aquafairy的PEMFC微型Stack(0.8W／10g／7mL)
□小型化PEMFC 設計仍著重於Stack微小化與氫氣供應源設計為主﹐以獲 得穩定輸出之燃料電池系統﹐ ◇其中(2008/11/)日本NTT 電信發表2W 氫氣燃料電池系統提供手機電源 應用(如圖↓所示)‧平面式Stack設計有助於薄型化實體實現﹐室溫輸 出功率可達200 mW/cm2 ﹐ ‧搭配AB5 儲氫材料且設計壓力降低至2.0 MPa ﹐填裝密度達508
◇(2009/11/)由GS Yuasa 公司出資成立之Aquafairy 公司發表氫氣微型燃料 電池系統﹐ ‧薄型化Stack設計協助系統體積縮小至僅7 mL 、重量10 g 、最大輸出功 率0.8 W (圖↓)。
NL/L ﹐可裝填6.7 L 氫氣﹐實際提供8.25 Wh 的電量﹐ ‧系統體積可降至57 mL 、重量144 g 。
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】 Kazuya Akiyama﹐《An Air-Breathing Single Cell Micro PEMFC System with AB5-Type Metal Hydride and an Ultra-Low Voltage Input Boost Converter》﹐2008 Fuel Cell seminar and exposition
(p.25)
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
Horizon的MINIPAK(USD99)2W▼採HYDROSTIK低壓MH▼儲氫罐 (USD▲)@HYDROFILL個人加氫機(USD249)
Source: rational@enermaster.com.tw ; http://www.china-hydrogen.org/fuelcell/otherfc/2012-07-27/1822.html; (china-hydrogen.org)20120727(中國電池網)【零售商(REI)銷售可攜式微型燃料電池產品(CE認證)≒Horizon的MINIPAK(USD99)2W▼採 (p.27) HYDROSTIK低壓MH▼儲氫罐(USD▲)@HYDROFILL個人加氫機(USD249)】
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.zimbio.com/pictures/7adtSH_Z4YW/6th+International+Hydrogen+Fuel+Cell+Expo/FyIt4bcQHWn
(p.26)
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
Ballard獲102套PEMFC訂單…為IdaTech供FCgen-1020ACS +Dantherm系統≒氫ELECTRAgen-H2／甲醇ELECTRAgen-ME
Source: rational@enermaster.com.tw ; http://www.china-hydrogen.org/fuelcell/mix/2012-09-27/1978.html; (china-hydrogen.org)20120928 (p.28) 【Ballard獲102套PEMFC產品訂單…為IdaTech供FCgen-1020ACS+Dantherm系統≒氫ELECTRAgen-H2／甲醇ELECTRAgen-ME】
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
英國鐵路網使用BOC燃料電池(Hymera)@LED照明燈&保安攝像 機…(▼高壓碳纖維)可攜式H2燃料儲罐(54ZH)
Source: rational@enermaster.com.tw ; http://www.china-hydrogen.org/fuelcell/mix/2012-10-24/2038.html; (china-hydrogen.org)20121024(中國氫能源網)【英國鐵路網使用BOC燃料電池(Hymera)@LED照明燈&保安攝像機…(▼高壓碳纖維)可攜 (p.29) 式H2燃料儲罐(54ZH)…換流器(PowerPack) 】
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_BOP(需CVM)
Source：rational@enermaster.com.tw 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.30)
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_Operating States …Rejuvenation(活化)(Starvation)@每2~3月
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW@AirCooling(Blower)
Source：rational@enermaster.com.tw 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
(p.31)
Source：rational@enermaster.com.tw 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.32)
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_Installation
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_SystemSchematic ?+H2O水回收槽 +H2的MFM
?+Air的MFM +Air的Filter
?+O2感測
?+Humidity感測
Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.33)
Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_ Main Screen
(p.34)
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_SPEC@Product-1 OUTPUTS Requiremen Definition Quantity Power Rated Power Capacity at Standard Conditions, BOL 1200 W (Note 1) Voltage Operating voltage range 22 V to 50 V Voltage at Rated Power 26 V Start-up Time Minimum time to achieve Rated Power f 2 minutes a Cold Start condition Emissions Noise Maximum noise emission at 1m 72 dBA Water Maximum quantity of liquid water produc 870 mL/hr at Rated Power﹕ Physical Dimensions 56 x 25 x 33cm L x W x H ［46L≒］ Lifetime
Mass Operating Life
Total system mass 13 kg Minimum number of operating hours befo 1500 hours
Cyclic Life
Minimum number of start-up & shut-dow 500 cycles before EOL Minimum storage (non-operation) before 2 years
EOL
Shelf Life
EOL Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.35)
Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.36)
(EnerMaster)20121025D(RationalYou)《燃料電池概論》(15)【 Ballard免加濕ACS(氣冷)Stack技術 (三大)KSF(關鍵成功因素)≒低溫(-10℃)起動、低溫(-20℃)操作、低濕(0%)環境】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_LifeTime
Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.37)