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star1909木虫 (正式写手)
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适合3C产品的燃料电池类型 已有12人参与
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选用不同的物质作为携带式电能的燃料，基本上决定了燃料电池发电本体的种类，在燃料电池发电本体方面，透过触媒将燃料的化学能转换为电能，其中最重要的部分包括触媒与中间的质子交换膜… 图说：随着愈来愈多业者相继投入燃料电池技术开发，让这项技术距商品化的目标日益接近，但导入商品应用时，燃料电池尚有输出能量、产品体积、转换产生的废弃原料处理、关键零组件微缩…等问题尚待突破，而这项电源技术，又如何克服3C产品多元的应用环境？ 燃料的选择，将决定触媒的种类与设计，而质子交换膜这类电解质则决定反应系统的种类，除质子交换膜外，还有以氧离子为传导物质的的SOFC，以OH离子为传导物质的碱性燃料电池…等；对携带式系统而言，相当重视系统启动时间，所以低温操作、系统稳定与安全性高均为必要条件，所以在3C电子产品领域，多数选择实行质子交换膜燃料电池系统。 燃料电池2大重要指针为发电功率密度及燃料能量密度，发电功率密度大小是指需购置系统的成本(MEA或所需的贵重金属触媒成本)，及发电本体的大小间的相对关系。 而能量转换密度大小，代表着填充固定燃料所能使用的时数，及提供固定能量时，使用者需付出的操作成本，此外，系统的操作复杂度，攸关系统未来技术发展前景及可以成长的空间，这些都是选择燃料电池系统进行应用开发时需要考虑的议题。 燃料电池面对3C电子产品应用的设计要求分析 燃料电池若是应用于携带式电子产品，其设计思维及操作概念，与传统家用或发电系统不同，因为这是1个携带型的系统，所以携带过程引发的相关应用问题，均必须加以考虑。如转动、震动、高处摔落、非专业人员使用、使用安全性、重量、体积…等相关性能与特性，均须在产品设计前导入，以提供最适当的产品。以目前的研发状况分析，燃料电池体积是遭遇到的最大障碍，由燃料电池介绍分析中可知，燃料电池体积主要由电池发电本体与其周边控制系统决定，而目前控制系统微缩技术碰到一些尚待突破的技术难题。 燃料电池操作时必须适当调控燃料、空气输送及产生水气与废弃物排除，所以，一般而言燃料电池要加以小型化、轻量化，具有相当高的难度，简化系统及较小型的主控组件，是必要的解决方案。 甚至近来发展的概念里，完全简化到不需主动组件的系统，正带领研发人员突破限制，似乎是燃料电池要整合到3C电子产业必要的解决手段，因为以目前的系统而言，燃料电池系统中，电池堆的体积一般小于50%，主动组件及相关管路配线，反而成为系统的负担，因此，极小型泵浦设计、或是纯被动系统的成熟度，是燃料电池的重要发展指标。 此外，在系统操作特性上，3C电子产品运作特性为电力需求变动很大，以手机为例，平常待机功率消耗约数10毫瓦，但某些操作时段，功率可达1~3W，其中有数10倍差距。 然而，燃料电池的电力是透过触媒协助产生，可以预见其面对瞬间功率需求的反应速率，无法跟上一般电子设备要求，欲解决此问题，燃料电池均需配备缓冲储能组件，满足系统的电力变动范围。较常使用设计方法，包括与超级电容(supercapacitor)或是二次电池整合形成混成电源控制器，解决负载端可能的巨幅负载变化。 除考虑电力需求控制平衡外，更需考虑整体输出与效能间的关系，因为导入燃料电池系统，必须与原来的电力系统竞争，所提供的效能(如能量密度)，必须远大于目前系统。 燃料电池提供无需充电或无线充电的解决方案，因为电池等于附挂发电机，未来仅需取得燃料便等同取得能源，而无须等待充电的冗长时间。但如果燃料所能提供的能量太低，造成使用者需携带大量燃料，将造成燃料电池实用化的障碍。如何提升燃料的能量密度及能量转换效率，对燃料电池在3C电产品应用发展非常重要。 携带式燃料电池系统发展现况 因为3C电子产品市场庞大，人们对更安全、可靠、更长时间操作的携带能源需求强烈，各3C电子系统大厂，无不积极评估设计适当的燃料电池系统，以期燃料电池可以整合到3C电子产品，因此所建立的燃料电池开发设计能力，可扩展到未来家用或车用燃料电池领域，提升未来能源领域竞争力。 目前投入小型燃料电池开发的厂商非常多，包括日本的Toshiba、Sony、NEC、Fujitsu、Hitachi、Sharp；韩国Samsung、LG；美国MTI、Millium Cell；德国的Smart Fuel Cell与台湾的新普、胜光与思柏科…等。 这些公司开发的燃料电池系统成品丰富，包括以质子交换膜为主的氢气燃料电池：燃料如化合物产氢NaBH4、Al粉…等，或以甲醇重组的方法产氢；及以直接甲醇为主的系统…等，某些公司投入研发的范围较广，有些则较为专注在特定系统持续开发。 |
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