(EnerMaster)燃料電池概論(15)【Ballard加濕水冷燃料電池車的STACK(FCvelocity-HD6)可達150kW每kW僅USD3000~4500…保固6k(12k)小時】 by Enermaster Technology Co., Ltd.

rational@enermaster.com.tw (2012/05/03A) MUST(化材系) 燃料電池概論(15)【Ballard加濕水冷FCV(燃料電池車)的STACK(FCvelocity-HD6)可達150kW每kW僅USD3000~4500…保固6k(12k)小時】

FC應用:1~10~100~1kW@身邊、10k~100kW@分散

2012H1(MUST化材系)燃料電池概論(15) Ballard加濕水冷FCV(燃料電池車)的 STACK(FCvelocity-HD6)可達150kW每 kW僅USD3000~4500…保固6k(12k)小時 Dr. Rational You(游李興) Founder & GM/ EnerMaster(能碩科技) 2012/05/03A@MUST化材系

(p.1)

FC受矚目的理由(1)範圍、效能、熱回收

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/04/) 【(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.2)

FC受矚目的理由(2) 熱回收 vs.火力發電

(a) 火力發電 (如：最尖端的大型高效率系統) (b) 燃料電池(如：NG重組型的小型廢熱利用)

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/04/) 【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(01)燃料電池是什麼】

(p.3)

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/04/) 【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(01)燃料電池是什麼】

(p.4)

FC受矚目的理由(3) 排放(NOx、SOx) ≒零

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/04/) 【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(01)燃料電池是什麼】

(p.5)

FC受矚目的理由(5)電池充電100分/500km

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.7)

FC受矚目的理由(4)電池_充電&壽命&重量100Wh/kg

Source: rational@enermaster.com.tw (2009/12/)【 Taiwanese battery companies, ITRI, by Digitimes 2007/6 (PSI.com.tw)】

(p.6)

FCV儲氫6kg≒120kWh≒12kWh家用10天>> EV(24kWh)

Source: rational@enermaster.com.tw 【20111012《燃料電池車銷聲匿跡？》熱潮過去之後≒能源供給或將發生變革…FCV儲氫 (p.8) 6kg≒120kWh≒12kWh家用10天】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58119-20110929.html

FC系統－系統架構 & 技術分工

OUTLINE

(1)合金氫罐

☉FC架構:

BOP (熱與水管理)

(2)高壓氫瓶

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

(3)加水產氫

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

(4)改質製氫

☉運輸用FC: PEMFC (+Hybrid) @700Bar加氫

FP (Fuel Processor) (燃料處理器)

‧公共(巴士@點對點)→高階(轎車@普及區)→低階(機車@普及區)

EMS (電能管理) 餘熱回收餘水回收

熱管理水管理

☉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)

Integration (整合)

‧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) (p.9)

(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。

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) 【(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.10)

Reformer產氫: 即時(發電)／純化 (儲存) 高溫&高壓 →LIFE短

→ Fuelcell.swf

Fuelcell.swf

Source: www.sglcarbon.com Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源(5)普及化的問題】

(p.11)

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) ; (工業材料)2007/10(吳俊達)Reformer產氫技術的發展與應用

(p.12)

PEMFC構造和發電原理

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】

PEMFC的PEM之Nafion結構…保濕!?

(p.13)

FC (少用&急開)導致Pt燒結和脫落(LIFE降低)

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】

(p.14)

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 (2012/03/) 【(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 (2012/03/) 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(03)FC的燃料與氧化劑供應】

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.17)

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

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(200904)】

(p.19)

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.18)

(Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(2)

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(200904)】

(p.20)

(Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(3)

(Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(4)

1.6bar(g)

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(200904)】

(p.21)

STACK成本(kW): JPY6k@2015… JPY5k@2030

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.23) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(200904)】

(p.22)

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

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(201105)】

(p.24)

(Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(2)

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(201105)】

(p.25)

(Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(3)

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(201105)】

(p.26)

(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)

☉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 (2012/03/) 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(201105)】

(p.27)

(p.28)

(1998年)美國GM第一輛FCV「Zafira」(甲醇重整+PEMFC)

(2000年)美國GM「氫動一號」FCV(液態氫+PEMFC)

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/04/) 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(05)質子交換膜燃料電池】 (p.29)

Source: rational@enermaster.com.tw (2012/04/) 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(05)質子交換膜燃料電池】 (p.30)

(2003年)美國GM汽油重整FCV(CheverletS-10)停擺!

(p.31) Source: rational@enermaster.com.tw (2012/04/) 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(03)FC的燃料與氧化劑供應】

GM的Hy-Wire氫車概念≒Skateboard +車體

Source：rational@enermaster.com.tw (2012/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (4)從馬車到氫車】

(p.32)

後來居上的HONDA燃料電池車FCX

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.33)

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.35) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html

TOYOTA從EV→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.34)

FCV(2011/10)估…JPY500萬@2015 (5000台)

…JPY300萬@2030(5萬台)…

(p.36)

(Picture)

FC系統成本(kW): JPY10k@2015… JPY5k@2030

(p.37)

FCV成本@2008→1/10@2011→1/20@2015(5k台)

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.38) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html

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.39)

(p.40)

燃料電池車的架構 (立體)

Source：rational@enermaster.com.tw (2012/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (4)從馬車到氫車】

FCV解決課題≒耐久、低溫、低成本化(詳述於後)

(p.41)

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.42) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html

TOYOTA的FCV部件(與EV共用)、加濕(停用)@100℃、散熱器(小型化)

TOYOTA／HONDA共用FC組／周邊

(p.43)

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.44) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html

NISSAN的FCV其STACK採IMF(一體成形框架)後2.5kW/L

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.45) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html

日本FCV各家STACK性能(A/cm2)都提高2~2.5倍

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.47) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html

TOYOTA的FCV改進STACK氣體供給性、排水性、導電性→ (性能提高約2~2.5倍)

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.46) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html

FCV的Pt改用Pt-Co可1.5倍Pt(輸出密度)

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.48) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html

會從BUS(點對點)開始應用FCV(燃料電池車)

FCV的Pt改用Co@核殼+ Au/Pd@內核+Pt

▽與轎車相比﹐BUS可較快實用化FCV的理由有下列幾項。 (1)首先﹐與PEMFC的性能有關。近年來性能顯著提升的PEMFC﹐其輸出功率雖仍不及汽油引擎﹐但已能夠與BUS及卡車的柴油引擎相抗衡。 ‧因此﹐導入FCV可根除柴油引擎造成的問題﹐如影響環境的氮氧化物 (NOx)、硫氧化物及粉塵等的排放﹐整體而言﹐還可大幅減少CO2 。 (2)正因為BUS車體龐大﹐所以易於搭載仍在開發中的FC。 ‧FC系統雖已朝向小型化發展﹐但體積仍舊比現存的汽車引擎大上許多。 ‧但若將它搭載於BUS﹐則由於空間充裕 ﹐因此並不會成為問題。 (3)此外﹐針對重大課題之一的燃料供給基礎設施。 ‧由於BUS幾乎僅會繞行固定的路線 ﹐因此燃料供給站只要設置一個就足夠了。 (4)由於是公共交通設備﹐也較容易取得導入資金的援助。 ‧若考量到公共利益﹐可暫時避免與汽油車及柴油車正面進行價格競爭。 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.49) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html

Daimler BENZ的NECAR…FCV系列(含BUS)

Source：rational@enermaster.com.tw (2012/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (4)從馬車到氫車】

(p.51)

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】

(p.50)

(BENZ)FCV(F125)續航1000km耗氫7.9kg…量產@2014

Source: rational@enermaster.com.tw ; http://www.china-hydrogen.org/fuelcell/application/2011-09-13/1078.html【(china-hydrogen.org)20110913 (p.52) (騰訊)BENZ推出F125歐翼式車門氫動力概念車…可駛1000km@耗氫7.9kg…量產@2014年…231hp加速100km(h)@4.9秒…極速≒221km(h)】

(BENZ)FCV(CITARO)BUS續航250km(1) □據外媒報導﹐德國漢堡氫燃料電池大巴下個月將增加至39輛﹐原有燃料電池大巴已行駛8年﹐收集了200萬公里的測試資料﹐為供應商梅賽德斯賓士公司開發新一代車型提供了寶貴參考。 ☉▼目前在路上的36輛由梅賽德斯【BENZ公司】提供的【CITARO燃料電池大巴】已收集的測試資料﹐對未來燃料電池汽車的發展起到指導作用。 ‧測試結果顯示氫燃料電池的使用大大降低了對環境的污染﹐真正實現了零排放﹐被稱為ZEV(ZeroEmissionVehicle)。 ☉▼目前﹐每輛車的【續航里程】在【250公里左右】。該公司稱﹐新研發的車輛比早期的車型【降低了50%的氫燃料】﹐而性能和行駛里程上都有顯著提高。

Source: rational@enermaster.com.tw ; http://china-hydrogen.org/fuelcell/mix/2011-08-23/1002.html (p.53) 【(china-hydrogen.org)20110823(電源門戶網)德國漢堡氫FC大巴行駛200萬km…H2消耗量≒減少1／2…(BENZ)FCV(CITARO)續航250km】