关于新型燃料电池见解
—之氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。这种装置的最大特点是由于反应过程中不涉及到燃烧，因此其能量转换效率不受"卡诺循环"的限制，能量转换效率高达60％～80％，实际使用效率则是普通内燃机的2～3倍。另外，它还具有燃料多样化、排气干净、噪音低、对环境污染小、可靠性及维修性好等优点。
在燃料电池早期研究开发阶段，由于电池价格昂贵，一直没有得到推广应用，其主要应用是在航空航天领域。美国和前苏联曾经将氢氧燃料电池作为空间轨道站的电源广泛应用。通过多年的研究与开发，燃料电池的价格现已大幅度下降，并已逐步转向地面应用。如加拿大Ballard公司，德国Siemens公司建立了多座固定式燃料电池发电站。
近几年，随着实用型质子交换膜燃料电池(PEMFC)的开发成功，燃料电池再次成为各国政府和企业界关注的热点。各国政府及各大公司加大投资力度，开发成功了各种型号的PEMFC，并正在应用到或拟用到人们日常生活的各个方面，如电站、便携式电源、各种车辆用动力电源以及家用电源等。
氢氧燃料电池分酸性的和碱性的。在碱溶液中负极反应式为：
2H2 +4OHˉ-4eˉ== 4H20
正极反应式为：O2 + 2H2O + 4eˉ== 4OH-
在盐溶液中，
负极反应式为：2H2-4eˉ=4H﹢，
正极反应式为：O2+4eˉ+2H2O=4OHˉ。
氢氧燃料电池装置从本质上说是水电解的一个"逆"装置。电解水过程中，通过外加电源将水电解，产生氢和氧；而在燃料电池中，则是氢和氧通过电化学反应生成水，并释放出电能。因此，燃料电池的基本结构与电解水装置是相类似的，它主要由4部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路。
目前,我国燃料电池的研究形势很好.特别是PEMFC取得了长足进展.在此基础上,除继续做好对大功率PEMFC的材料,部件和工艺技术的研究外,还应加强PEMFC系统工程关键技术开发和系统集成.PEMFC系统集成的水平是PEMFC电源走向实用化,商品化的关键.此外,天然气重整制氢开发与实用化对在我国推广PEMFC发电系统有着重要的现实意义.PEMFC电动汽车在各类电动汽车发展中有明显的优势,应加强PEMFC发动机系统及其装车技术的研究.
我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,从我国能源结构的实际出发,高度依赖煤炭消费的格局短期内不会改变.因此,开发以煤为一次能源的高温型MCFC和SOFC,对我国具有特别重要的意义.由于我国在MCFC和SOFC方面起点低,应选好整体技术的突破点,加强多孔,薄膜电极过程动力学理论,新型关键材料的设计,制备及多相复杂界面等方面的基础研究.预计燃料电池系统将在洁净煤燃料电池电站,电动汽车,移动电源,不间断电源,潜艇及空间电源等方面,有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场。
基于国际环保法规的要求与消费者环保意识的觉醒,未来将以低污染,低耗油,电动辅助的绿色产品较受欢迎,国内汽机车厂面对未来日趋严苛的环保法规,投入相当的人力朝着低污染、高性能引擎之研发.燃料电池(Fuel cell)将是未来强调环保意识车辆的主流,且为国内传统产业转型之高科技产业,其有广大的应用领域,并涵
盖了交通工具的动力及日常生活中之家电用品,工商业用发电系统,太空能源,是为低污染,高效率,多元化的能源科技。
国内燃料电池的技术研究发展,零件材料技术大都以学术研究单位主导,因研究时程较长且风险度高,业界则以产品之研发,系统整合应用为导向,两者需配合国外现成技术及零组件引进,才能加速产品的成熟及商业量产之能力,目前国内业界以亚太燃料电池科技公司为主要产品商业化之民营单位,中国科学院也已设置燃料电池中心研发多年,世界各国亦积极发展燃料电池,欧,美,日,韩,星等国家,近年都积极投入研发燃料电池技术,只要克服价格因素,即可量产.台湾目前规划将其列为中长程计画,为了台湾创造优良的环保产业空间,在未来将会有更多政府机构及民间单位投入产品研发商业化及相关法规标准建立之行列。
由于机车占台湾机动车辆的比例颇高,非常适合在亚太地区发展,因此美国琼斯基金会在民国八十七年所提出燃料电池的概念车,与台经院,三阳公司共同委托内华达州的沙漠研究所组装,由亚太燃料电池公司提供技术协助,其测试结果,极速为35公里/时,续航力为30公里,车重为130公斤。
民国八十八年八月,亚太燃料电池科技股份有限公司在台北设立筹备处,并于次年三月正式成立,其间即开始从事燃料电池组,储氢罐的开发与燃料电池引擎系统的整合,进行第二代燃料电池电动机车的开发,为民间企业第一家生产燃料电池公司.八十九年十月,第二代雏型车ZES II 研发完成,并参加同年十月三十日于美国奥勒冈州波特兰市举行的Fuel Cell Seminar2000 展览。开发ZES II 的目的为进行燃料电池电动机车的可行性验证,电池组的体积为6.5公升,重量为9.8 公斤,一般发电量为3 kW ,最大发电量为5.5 kW .雏型车的极速约为55 公里/时,续航力约为70 公里,车重为105 公斤.燃料的供应采用两支合金储氢罐,合金为Fe、Ti 系列,每支罐重约为3.5 公斤,可储存50 公克的氢气.由于储氢罐采用快速结合与抽换设计,燃料补充时间约为2 分钟,九十一年一月亚电公司之电动机车ZES 2.6 完成改装,并委托车辆研究测试中心作性能测试,其第三代、第四代之燃料电池机车将是全新研发之车型。
日趋严重的环境问题在很大程度上推动着当前能源结构的调整，同时，为了应对能源安全方面的挑战，作为二次能源的氢能在世界范围内给予了很高的厚望。而其中燃料电池领域是氢能发展的一个主要方向。尤其是氢氧燃料电车，对于缓解交通运输的能源压力，降低尾气排放具有重要的作用。
虽然氢氧燃料电车有着速度慢的缺陷，目前还不能广泛的投入市场，但它的环保方向和力量是不可小觑的。相信随着技术的发展和创新，新型能源会占据大块市场，当然，其中少不了氢氧燃料电池的贡献。
创新是发展的核心，未来的新型能源肯定能够找到更多的用武之地。我们的环境污染问题也会减弱，期待更多新型能源的开发，更期待其利用。