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校園中的科技新貴──元智大學燃料電池中心

2004/11/05 經濟部能源局 點閱人次: 344

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▓撰文:謝惠子 ■圖片提供:元智大學燃料電池中心

燃料電池是一種兼具環保與能源需求的電能供應裝置,由於其高效率低污染的特性,及近年來技術的創新突破,已成為各國公認在新世紀中最具發展潛力的能源新科技。元智大學在經濟部能源局五年(89至93年)五千萬元的經費支持下,除積極培育燃料電池人才,已完成低溫膜材及觸媒材料之開發與鑑定技術,並達成膜電極組及單電池關鍵技術之建立,且整合成遠端燃料電池教學系統。

國內目前已有數所大學(清大系統、明道材料、逢甲碳材、成大化工、中山機械)紛於92至93年成立規模不等之燃料電池研發團隊並提供相關課程,然在其科技研發方面仍處於起步階段。元智大學在經濟部能源局經費支持下,於89年整合校內化學及機械工程學系等相關教授,成立專業燃料電池中心並進行低溫型質子交換膜燃料電池關鍵技術之開發,以及燃料電池人才培育。其中,關鍵技術業已完成質子交換膜、膜電極組、單電池技術、電池堆技術之開發,並於93年起將後三者分別技術轉移給勝光科技、微電國際及肯亞實業等廠商,成果十分豐碩。

知識創新,技術創業

基於「知識創新」與「技術創業」的兩大時代潮流趨勢,元智大學積極投入燃料電池研究領域,過去研發成果以高分子電解質膜燃料電池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell;PEMFC)為主,建立薄膜、電極、單電池模擬、實驗等相關研發技術。另外在直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell;DMFC)成果進展方面,進行電池量測、膜電極組備製及單電池技術之建立,以商購膜Nafion117膜及E-TEK觸媒完成膜電極組,所得之電池性能極高。

在電池堆技術方面,於93年完成第一代傳統串聯式DMFC電池堆之開發,性能約為目前市場上同級產品之八成,預計在第二代中更換適當之材料(擴散層、防漏材料)尺寸後,即可達成目前上市之技術。為使國內民眾儘早認識此一新興技術,元智大學更完成國內第一個DMFC教具,並移轉給廠商生產,另外尚有手機用DMFC充電器問世。由於研發微小型可攜式燃料電池使用於電腦、電器、無線通信等產品,以提供長時間且高品質電源,將影響未來能源及3C產業發展。因此在微機電技術之創新發展下,如將之整合應用於微小型燃料電池研究,將衝擊未來高科技產品之電源供應市場。

此外,目前固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell;SOFC)雖然與質子交換膜燃料電池技術相當,且已具備商業化潛力,但最大瓶頸仍是製造成本過高。高溫操作之SOFC有往中溫開發之趨勢,以克服材料在高溫長時間操作下快速衰退之缺點;同時元智大學觀察近年來之國際發展趨勢,計劃未來將朝向中溫型燃料電池技術進行開發。所得結果除了可進一步將燃料電池的性能提升50%外,並可落實成百瓦級燃料電池(Fuel Cell Stack)以與廠商整合成攜帶型或備用電力來源。再者,所得之成果並可整合於亞太燃料電池之電動車及工研院能資所之家用型發電機中。可見未來於中大型發電市場之燃料電池研發上,中溫型之SOFC與中溫型之質子交換膜燃料電池將更加競爭,元智大學現正積極開發此區塊。

無悔策略,殷勤向前

依據87年全國能源會議主題四「能源效率提升與能源科技發展」中,提出提高能源使用效率、節約能源及開發新能源是一「無悔策略」;隨著燃料電池技術即將改變世界能源使用方式之際,台灣實應急起直追,迎頭趕上。因而元智大學積極進行燃料電池關鍵技術之研發,其具體成效包括:質子交換膜材之開發,如完成三種膜材(Nafion-PTFE、PTFE-SaPS、Nafion-nanoclay)之備製及基本性質之測試(機械性、耐熱性、導電性、透氣性);膜電極組最佳化設計,如完成一維及二維模式陰極性能之比較,以及相對溼度、氣道寬度及擴散層厚度對陰極性能之影響研究;電池技術,如石墨流場板製程開發(30 min╱pcs)、元智全自製電池性能25cm2自製單電池性能研究(氫╱氧)等。未來更進一步計劃將針對中高溫質子交換膜開發、中高溫膜電極組設計、電池技術開發及膜電極組量產技術等四項主題進行研究,以涵蓋研發目前主流燃料電池之技術。

另方面,在燃料電池科技人才培育部份,預計每年可培養相關領域之30位碩士及30位學士。成立專屬網站,蒐集國內外最新能源資訊;開設燃料電池專業課程及學程,且將朝虛擬教室及遠距離教學目標邁進。此外,每年舉辦一次國內研習會及每二年舉辦一次國際研討會,邀請產官學界共襄盛舉,主題涵蓋燃料電池、氫能技術及節約能源實例成果介紹等。例如在今年9月舉辦的「2004燃料電池國際研討會」中,即發表該校執行能源局五年計畫之成果,也顯現元智大學燃料電池中心勤奮努力之豐碩花朵。(感謝元智大學燃料電池中心提供參考資料)

手機用直接甲醇燃料電池充電器

元智大學於「2004燃料電池國際研討會」中,發表國內第一部手機用「直接甲醇燃料電池充電器」,也為國內燃料電池之研發工作進行了一次最佳的宣傳示範。該款直接甲醇燃料電池(DMFC)不必充電,其燃料的填充方式只需滴入20cc左右之甲醇,即可完成補充發電用燃料,正如同汽車引擎一般,只要一加油,引擎即可啟動。目前充電一次的基本燃料費用約0.5至1角,不但成本低、污染小,同時攜帶方便,就像打火機一般,即使是到國外或偏遠地區,只要多帶一兩片燃料匣,電池就可以長時間持續使用,而且預計燃料也可以在便利商店買到,取得非常容易。


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