車輛研究測試中心 綠能智慧專案 / 薛欽鐸

由於預期化石原料逐漸枯竭，導致原油供不應求及價格飆漲，加上京都議定書2005年開始生效，全球各國莫不尋求各種可能技術與策略以因應此一趨勢。其中「氫能與燃料電池」是最受矚目的前瞻能源，也被認為是未來最重要的乾淨能源及能源傳遞載體。 隨著綠能與CO₂排放減量發展趨勢，全球開始跨入燃料電池動力系統研究，如燃料電池車、燃料電池巴士、定置型燃料電池發電廠與各類3C產品等。

就市場需求而言，我國現行機車持有量已達1,432萬輛，堪稱全球機車密度最高的國家。台灣機車業發展迄今已超過40年，也在國內建立起相當成熟的機車零組件供應體系。由於環保署規定實施五期廢氣排放標準，台灣儼然已成為全球管制機車廢氣最嚴格的國家。而能源危機和環保議題日益受到重視，電動機車也被視為未來具外銷潛力的車種，對於地狹人稠、機車密度高的台灣則可改善因交通而引起的環境污染問題。近年由於燃料電池技術不斷創新突破，國外主要焦點在於燃料電池電動車與巴士之研究與驗證；反觀國內，由於機車產業為我國強項，除二次電池電動機車外，也應順勢發展高附加價值與生活科技化燃料電池機車。燃料電池機車在國內發展已有10年歷史，產業鏈也相當完整（表1），國外也有許多公司在從事此技術研究，各家廠商無不在努力開發、測試與改良產品。其中，主要技術領先廠商有國內的亞太燃料電池公司與日本的YAMAHA公司，前者係以PEMFC技術基礎，已開發到第五代燃料電池機車，而後者採用DMFC技術也已發表六種雛型燃料電池機車。

表1 我國氫能燃料電池產業鏈

資料來源：台灣燃料電池資訊網，車輛中心整理

燃料電池技術演進與種類
燃料電池(Fuel Cell)是種將燃料化學能透過電化學反應直接轉換成電能的裝置，嚴格而言，「燃料電池」實際上是不正確的說法，因為燃料電池並非儲存電力的裝置，反而是一種發電機的形式。燃料電池以一般燃料如氫氣、甲烷、甲醇等為原料，將原本燃料燃燒所釋放的化學能，在不經過熱能的形式直接轉換成電能作為電動機車的電力來源。其優點能減少能量轉換過程中的損耗，亦可避免不完全燃燒所帶來的污染，既乾淨又環保，符合新時代的需求。

燃料電池發展歷史可追溯至1839年，首先由William Robert Grove爵士所發明，該系統是使用稀釋硫酸當液態電解質來產生電能。此外，能司特在1899年首度發現固態電解質導電行為，然而最先示範成功的是1937年由鮑爾與葡來司所研發的第一個陶瓷型燃料電池。


燃料電池依其電解質種類，可分為質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)、鹼性燃料電池(Alkaline Fuel Cell, AFC)、磷酸燃料電池(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)與固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)。另外，若依其操作溫度區分，可分為質子交換膜燃料電池、鹼性燃料電池與磷酸燃料電池屬於低溫型（操作溫度為80℃～200℃）；而熔融碳酸鹽燃料電池與固態氧化物燃料電池則為中高溫型（操作溫度為500℃～1000℃）。 
以質子交換膜燃料電池為基礎之直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC)一般為微型燃料電池發展主流，主要應用於電子產品，如NB、Cell phone與PDA等。質子交換膜燃料電池主要可應用於電動車、電動機車、電動腳踏車及電動工具機。而固態氧化物燃料電池則可藉由微機電技術將組件模組化，可應用於分散式電力系統或大型發電廠；各類之特性資料彙整如表2所示。<待續>

表2 燃料電池種類

資料來源：台灣燃料電池資訊網，車輛中心整理