2014/12/05
經濟部能源局
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▎文字／工研院 圖片提供／達志影像
燃料電池原理
燃料電池主要是透過燃料（一般為氫氣）在氧化過程（與空氣中的氧氣反應）中，將電子透過電極導引形成迴路釋放電能，因此燃料電池本身並非蓄電池，而是透過不斷進行電化學反應產生電力，如下圖所示，只要燃料來源持續供給，燃料電池可以持續供給電力，因此正確的說，燃料電池是一種發電裝置。
由於燃料電池的反應是透過氫氣與氧氣的結合，在發電的過程中，除了釋放電能與部分熱能之外，其最終產物僅為水，因此被認定為乾淨的電力產生方式。燃料電池具有高效率、低污染、低噪音、可分散式及可靠性的優點，是長程能源技術開發的重要選項，可應用領域包含交通載具、定置型發電機及可攜式電源，且市場動能逐漸顯現。
燃料電池的應用
燃料電池的應用範圍廣泛，可以簡易區分如下：
一、定置型發電設備
由於目前燃料電池系統的成本仍高，每度電的成本也較目前一般市電價格高出數倍，因此目前的應用端著重於備用電力與家庭用熱電共生。 備用電力主要的應用端在於基地臺的不斷電系統。由於電信業者多半採用柴油發電或二次電池作為備用電力來源，其中柴油發電的維護保養費用高，且其噪音、空氣污染及溫室氣體排放量等影響環境較劇，二次電池可供緊急電力使用的時數受到空間限制，且汰舊換新時須處理電解液回收等問題，因此定置型燃料電池在電信業者的不斷電系統中具有開發的潛力。
定置型燃料電池的另一大應用端在於住宅或大樓的熱電共生系統（CHP）。這類型的燃料電池主要需與產氫重組器搭配，在使用上透過重組器即時產生氫氣（原料通常為天然氣），使燃料電池產生電力與熱水，供給住宅或大樓的電力與熱水需求。
二、交通載具
交通載具使用的燃料電池主要應用於汽車與機車上，這類的燃料電池應用有別於定置型發電，除燃料電池本身需具備抗震性外，燃料的來源主要是依靠儲氫容器供給氫氣。
國際上載具使用的燃料電池發展，預期在明年會有商業化的燃料電池汽車問世。在推動氫能燃料電池車輛商業化的同時，亦須同時推動氫能基礎設施之建置，因建置氫能基礎建設成本也是推動燃料電池車的一大考量。
三、3C產品電力供給設備
此類燃料電池應用主要著眼於3C產品目前使用的電力供給來源─鋰電池，而鑑於3C 產品的功能日漸龐大，電力需求增高，一般鋰電池逐漸無法滿足3C 產品長時間使用，由於燃料電池具備供電時數長、僅需替換燃料匣等方式即可立即供應電力，但需克服的是，體積能量密度仍然較一般鋰金屬為低。
燃料電池的契機
氫氣的來源若是來自不穩定的再生能源所產生之電力（如風力、太陽能），再透過水電解產氫，將氫氣儲存後，待有電力需求，或尖峰負載時刻（電力成本較高），以氫氣通過燃料電池的方式產生電力，則可以將電力的供給進行移轉，用以將離峰時刻過多的不穩定電力，移轉至尖峰時刻使用。
雖然仍需各國政府補助，目前燃料電池在家庭冷熱電共生系統、備用電力系統、電動堆高機與即將商品化的燃料電池車等利基市場上的應用，卻都扮演著不可忽視的角色；反觀在大規模電廠應用上，雖然國外已有示範推廣計畫正在進行，但在成本與技術條件尚未完全成熟的情況下，很難取代既有發電技術。
關鍵字：燃料電池,能源技術,發電