燃料電池是一種發電裝置,不像一般非充電電池用完即丟,也不像充電電池般,用完須繼續充電。燃料電是以繼續添加燃料來維持其電力,所需的燃料是「氫」,故被歸類為新能源。 燃料電池原理,為電池具有陰陽兩極,個別充滿電解液,電極間則為具有滲透性的薄膜所構成。氫氣由燃料電池的陽極進入,氧氣(或空氣)則由陰極進入燃料電池。經催化劑作用,使陽極的氫原子分解成兩個氫質子(proton)與兩個電子(electron),其中質子被氧吸引到薄膜的另一邊,電子則經由外電路形成電流後,到達陰極。在陰極催化劑之作用下,氫質子、氧及電子,發生反應形成水分子,因此水可說是燃料電池唯一的排放物。 燃料電池所使用的氫燃料可來自於任何碳氫化合物,如天然氣、甲醇、乙醇(酒精)、水的電解、沼氣…等。因燃料電池是經由利用氫及氧的化學反應,產生電流及水,不僅完全無污染,同時避免了傳統電池充電耗時的問題,是目前最具發展前景的新能源方式,如能普及的應用在車輛及其他高污染之發電工具上,將能顯著改善空氣污染及溫室效應。
燃料電池同時具有儲能與創能的特性,而在多種新能源中的優勢包含有:(1)發電效率高、(2)可整合更多再生能源、(3)可建立分散式電網以減少電力運送損失、(4)
運轉安靜、低碳,對環境影響較少、(5) 建置時間短且安裝地點不受限制、(6) 無間歇性發電問題等。目前燃料電池應用產品可以市場成熟度區分,如圖1所示,區分為:(A)已商業化應用市場:如可攜式電源、備用電源、發電廠、搬運載具等);(B)成形中應用市場:如燃料電池交通陸地載具、無人機、軍用市場、發電整合系統等;(C)未來應用市場:如燃料電池飛機、船舶等。圖2為2016 ~2022年燃料電池全球市場發展趨勢,而2018 年全球燃料市場規模為 23.9 億美元,其全球市場規模受到美國燃料電池補助復甦,以及亞洲市場崛起的狀況之下,較 2017 年 19.8 億美元增加 20.7%。預計隨著主要已發展和發展中國家之政策支持,例如補貼政策、加氫站設施增加、發展燃料電池巴士等,皆將使 2019~2022 年間之全球市場呈明顯成長的趨勢。
燃料電池技術相當多元,且不同應用產品有不同之主流技術核心,主要可區分為:(1)質子交換型燃料電池 (PEMFC)、(2)直接甲醇燃料電池 (DMFC)
、(3)磷酸燃料電池 (PAFC)、(4)熔融碳酸鹽燃料電池 (MCFC)、(5)固態氧化物燃料電池 (SOFC) 五種類型,經研析國際目前相關驗證規範後,綜整歸納如下表:
資料參考:台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟-FC介紹(運作原理)