rational@enermaster.com.tw (2012/05/03B) MUST(化材系) 燃料電池概論(16)【APPLE(蘋果)微型FC(燃 料電池)可從PANASONIC的DMFC(直接甲醇FC)得知(四大)陷阱≒微型量產性、消費廉價性、能源替代 性、技術展延性】
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FC系統－系統架構 & 技術分工
(1)合金氫罐
2012H1(MUST化材系)燃料電池概論(16) APPLE(蘋果)微型FC(燃料電池)可從 PANASONIC的DMFC(直接甲醇FC)得知(四大)陷阱 ≒微型量產性、消費廉價性、能源替代性、技術展延性
Dr. Rational You(游李興)
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)
Founder & GM/ EnerMaster(能碩科技) 2012/05/03B@MUST化材系
Stack(燃料電池堆) (p.1)
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Reformer產氫: 即時(發電)／純化 (儲存)
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.2)
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製氫(~70%)的SR(蒸氣重整)…H2O是H2來源
高溫&高壓 →LIFE短
→
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.3)
Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) 【(全華科技)200808(SCE.Net)圖解新能源百科(6)能源利用的新技術】
(p.4)
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製氫(~50%)的POX(部分氧化)法&其它…
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 (2012/03/) 【(全華科技)200808(SCE.Net)圖解新能源百科(6)能源利用的新技術】
(p.5)
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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】
(p.7)
Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/)
(p.6)
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PEMFC的PEM之Nafion結構…保濕!?
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.8)
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影響PEMFC性能因素：Pt、CO、H2O&溫度
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(Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(1)
0.4W(cm^2)
0.4mg(cm^2)
(p.9) 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】
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DMFC運作原理
Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(200904)】
(p.10)
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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 (2012/03/) 【(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.11)
Source: rational@enermaster.com.tw (2007/11/); (EnerMaster)200710(p118)直接甲醇FC技術的發展(康顧嚴)
(p.12)
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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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(UltracellPower) RMFC vs. DMFC
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.13)
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Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (UltracellPower.com)RMFC-XX25
(p.14)
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Casio-RMFC-(micro-reactor) Schematic
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.15)
Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) ; J Power Sources 2005 (V145) p0691~696 (Casio)
(p.16)
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Casio-RMFC-4W-Device Config.
Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) ; FC Seminar at Hawaii (2006/11/13~17) by CASIO
(p.17)
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Casio-RMFC-4W-Reformer~Thermal
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Casio-RMFC-4W-System Schematic
Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) ; FC Seminar at Hawaii (2006/11/13~17) by CASIO
(p.18)
rational@enermaster.com.tw (2012/05/03B) MUST(化材系) 燃料電池概論(16)【APPLE(蘋果)微型FC(燃 料電池)可從PANASONIC的DMFC(直接甲醇FC)得知(四大)陷阱≒微型量產性、消費廉價性、能源替代 性、技術展延性】
CN1846324(Fig.6)RMFC(抗CO@HT膜)含H2回收 燃料電池系統 440
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)
Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) ; FC Seminar at Hawaii (2006/11/13~17) by CASIO
(p.19)
燃料電池(20)
Source: rational@enermaster.com.tw (2012/03/) ; (Ultracell)F01=F02(CN1846324)高效微燃料電池系統和方法
(p.20)
rational@enermaster.com.tw (2012/05/03B) MUST(化材系) 燃料電池概論(16)【APPLE(蘋果)微型FC(燃 料電池)可從PANASONIC的DMFC(直接甲醇FC)得知(四大)陷阱≒微型量產性、消費廉價性、能源替代 性、技術展延性】
(MTI)被動式DMFC≒回水、排放CO2、克服甲醇穿透
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(JPL)主動式DMFC系統複雜&散熱(回收水)體積大
☉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。
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.21)
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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 (2012/04/) 【 Schematic of a DMFC system and the internal distribution of components in a 300W DMFC system fabricated at JPL.】
(p.22)
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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 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】 http://www.digitaltrends.com/mobile/toshiba%E2%80%99s-dynario-fuel-cell-charger-lights-up-gadgetswith-methanol/
(p.23)
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.24) http://fuelcellsworks.com/news/2009/12/28/panasonic-develops-direct-methanol-fuel-cell-system-with-high-power-output-and-durability/
rational@enermaster.com.tw (2012/05/03B) MUST(化材系) 燃料電池概論(16)【APPLE(蘋果)微型FC(燃 料電池)可從PANASONIC的DMFC(直接甲醇FC)得知(四大)陷阱≒微型量產性、消費廉價性、能源替代 性、技術展延性】
(Matsushita)F07(US6183895)Fig.14 (250W)30kg
Source: rational@enermaster.com.tw (2012/04/) ; (Matsushita)F07(US6183895) 燃料電池發電系統
(p.25)