市場分析：小型燃料電池發(fā)展趨勢
近年來由于可攜式電子產(chǎn)品市場的蓬勃發(fā)展，創(chuàng)造出龐大的電池市場商機(jī)，加以既有的各類二次電池有若干限制，使得微小型燃料電池被寄予厚望。本文將介紹微小型燃料電池的主要發(fā)展趨勢，以及商品化的技術(shù)瓶頸和市場考慮。
近年來可攜式電子產(chǎn)品快速發(fā)展，包括手機(jī)、筆記型計算機(jī)、個人數(shù)字助理（PDA），乃至數(shù)字相機(jī)及攝影機(jī)等，造就龐大的市場和商機(jī)；然而，隨著產(chǎn)品功能的增強(qiáng)，系統(tǒng)對于電能的需求更高，一個小而輕、續(xù)電時間更長的電池，將是所有消費(fèi)者一致的要求。
微小型燃料電池系統(tǒng)發(fā)展趨勢
燃料電池的能量密度理論上可為鋰離子電池的五至十倍以上（因不同系統(tǒng)而異），目前技術(shù)上已可達(dá)三至五倍；此外，燃料電池?zé)o須電源|穩(wěn)壓器充電，完全擺脫充電的負(fù)擔(dān)與限制，取而代之的補(bǔ)充供電燃料僅需數(shù)秒鐘時間，為使用者提供極大的方便。因此，對微小型燃料電池而言，龐大的市場誘因和特性優(yōu)勢，勢必大幅加速相關(guān)技術(shù)的成熟發(fā)展。
燃料電池種類繁多，最適合可攜式微小型系統(tǒng)者，包括質(zhì)子交換膜燃料電池（ProtonExchangeMembraneFuelCell；PEMFC）和直接甲醇燃料電池（DirectMethanolFuelCell；DMFC），此二者皆能在室溫下運(yùn)作，具備體積小、重量輕、方便電池堆設(shè)計等優(yōu)點。其中，直接甲醇燃料電池以液態(tài)甲醇為燃料，體積能量密度約為液態(tài)氫的三至四倍，儲存與運(yùn)送遠(yuǎn)較氫氣方便及安全，且取得容易，成本低，因此更符合可攜式電子產(chǎn)品的需求。此外，利用微型重組器（MicroReformer）將甲醇轉(zhuǎn)化產(chǎn)生氫氣燃料，都是微小型燃料電池可能的發(fā)展方向；下文將著重在直接甲醇燃料電池（DMFC）的討論上。
DMFC發(fā)展的技術(shù)瓶頸
DMFC的工作原理與質(zhì)子交換膜燃料電池類似，只是在陽極部份進(jìn)入的燃料為甲醇與水，而甲醇燃料透過觸媒的作用產(chǎn)生質(zhì)子、電子與二氧化碳，其陰極的反應(yīng)則與氫氣系統(tǒng)完全相同。微小型燃料電池要進(jìn)入商品化的階段前，仍然面臨若干技術(shù)瓶頸有待克服，目前主要的問題臚列如下。
一、甲醇穿透
由于甲醇穿透現(xiàn)象，使得電池通過電壓（overpotential）增高，可使用電位多在0.4V以下，電池效率因而受限，同時也造成燃料損耗。目前甲醇穿透的問題朝二個方向解決：發(fā)展質(zhì)子交換膜材料技術(shù)，使之具備高質(zhì)子導(dǎo)電率及降低甲醇穿透率；控制甲醇燃料的濃度，以降低甲醇穿透量。
二、水滿溢（Waterflooding）
DMFC陽極產(chǎn)生1單位的質(zhì)子將會牽引出約2.5單位的水或甲醇到達(dá)陰極，同時陰極反應(yīng)也會生成水，過多的水將阻礙氧氣進(jìn)入觸媒層而造成陰極效能大幅下降，此稱為水滿溢現(xiàn)象。此問題目前以主動的增加循環(huán)系統(tǒng)之空氣流動帶離過多的水為主，但因而會耗掉系統(tǒng)較大的功率，所以MTI公司開發(fā)以膜電極體（MEA）的設(shè)計方法進(jìn)行控制。
三、效能
目前DMFC的陽極效能偏低，所以包括NEC等公司皆以觸媒或觸媒載體的開發(fā)，嘗試提供更大的功率密度；奈米技術(shù)的應(yīng)用將有助于觸媒效能的提升，是值得注意的發(fā)展方向。
近年來可攜式電子產(chǎn)品快速發(fā)展，包括手機(jī)、筆記型計算機(jī)、個人數(shù)字助理（PDA），乃至數(shù)字相機(jī)及攝影機(jī)等，造就龐大的市場和商機(jī)；然而，隨著產(chǎn)品功能的增強(qiáng)，系統(tǒng)對于電能的需求更高，一個小而輕、續(xù)電時間更長的電池，將是所有消費(fèi)者一致的要求。
微小型燃料電池系統(tǒng)發(fā)展趨勢
燃料電池的能量密度理論上可為鋰離子電池的五至十倍以上（因不同系統(tǒng)而異），目前技術(shù)上已可達(dá)三至五倍；此外，燃料電池?zé)o須電源|穩(wěn)壓器充電，完全擺脫充電的負(fù)擔(dān)與限制，取而代之的補(bǔ)充供電燃料僅需數(shù)秒鐘時間，為使用者提供極大的方便。因此，對微小型燃料電池而言，龐大的市場誘因和特性優(yōu)勢，勢必大幅加速相關(guān)技術(shù)的成熟發(fā)展。
燃料電池種類繁多，最適合可攜式微小型系統(tǒng)者，包括質(zhì)子交換膜燃料電池（ProtonExchangeMembraneFuelCell；PEMFC）和直接甲醇燃料電池（DirectMethanolFuelCell；DMFC），此二者皆能在室溫下運(yùn)作，具備體積小、重量輕、方便電池堆設(shè)計等優(yōu)點。其中，直接甲醇燃料電池以液態(tài)甲醇為燃料，體積能量密度約為液態(tài)氫的三至四倍，儲存與運(yùn)送遠(yuǎn)較氫氣方便及安全，且取得容易，成本低，因此更符合可攜式電子產(chǎn)品的需求。此外，利用微型重組器（MicroReformer）將甲醇轉(zhuǎn)化產(chǎn)生氫氣燃料，都是微小型燃料電池可能的發(fā)展方向；下文將著重在直接甲醇燃料電池（DMFC）的討論上。
DMFC發(fā)展的技術(shù)瓶頸
DMFC的工作原理與質(zhì)子交換膜燃料電池類似，只是在陽極部份進(jìn)入的燃料為甲醇與水，而甲醇燃料透過觸媒的作用產(chǎn)生質(zhì)子、電子與二氧化碳，其陰極的反應(yīng)則與氫氣系統(tǒng)完全相同。微小型燃料電池要進(jìn)入商品化的階段前，仍然面臨若干技術(shù)瓶頸有待克服，目前主要的問題臚列如下。
一、甲醇穿透
由于甲醇穿透現(xiàn)象，使得電池通過電壓（overpotential）增高，可使用電位多在0.4V以下，電池效率因而受限，同時也造成燃料損耗。目前甲醇穿透的問題朝二個方向解決：發(fā)展質(zhì)子交換膜材料技術(shù)，使之具備高質(zhì)子導(dǎo)電率及降低甲醇穿透率；控制甲醇燃料的濃度，以降低甲醇穿透量。
二、水滿溢（Waterflooding）
DMFC陽極產(chǎn)生1單位的質(zhì)子將會牽引出約2.5單位的水或甲醇到達(dá)陰極，同時陰極反應(yīng)也會生成水，過多的水將阻礙氧氣進(jìn)入觸媒層而造成陰極效能大幅下降，此稱為水滿溢現(xiàn)象。此問題目前以主動的增加循環(huán)系統(tǒng)之空氣流動帶離過多的水為主，但因而會耗掉系統(tǒng)較大的功率，所以MTI公司開發(fā)以膜電極體（MEA）的設(shè)計方法進(jìn)行控制。
三、效能
目前DMFC的陽極效能偏低，所以包括NEC等公司皆以觸媒或觸媒載體的開發(fā)，嘗試提供更大的功率密度；奈米技術(shù)的應(yīng)用將有助于觸媒效能的提升，是值得注意的發(fā)展方向。
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