3C綠色能源:甲醇燃料電池
一般3C產品用的鋰電池,其每年蓄電量增長值,已追趕不上功能不斷增加的移動裝置對電源的需求量。
??? 而眾燃料電池中,最適合3C可攜式微小型系統者,就屬直接甲醇燃料電池最具發展潛力。直接甲醇燃料電池以甲醇為燃料,體積能量密度為液態氫3~4倍,屬于低溫型,操作溫度在攝氏80度,除具備能在室溫下運作的優點外,亦有體積小、重量輕…等優點。另外無污染、成本低、取得容易,儲存與運送都比氫氣來得安全。
??? 另外直接甲醇燃料電池的高能量密度,理論值能量密度高達4,780Wh/L,相當于鋰離子電池10倍,目前技術上可做到3~5倍水平。使用時間為鋰電池2倍以上;供電及待機時間長特性,適合應用于手提計算機、移動電話、數碼相機與PDA…等移動裝置。跟鋰電池需要花數小時進行充電特性相較,小型燃料電池可真正做到無須充電、移動性更佳,讓消費者可享受到更持久的電源服務。
??? 小型燃料電池初期主要鎖定在汽車產業應用,以減少二氧化碳排放,包括日本、美國、歐盟…等國家,都在發展無環境污染的甲醇燃料電動車。近年則把焦點轉向可攜式電子產品如手機、筆記本電腦中,取代鋰電池應用。
??? 東芝和日本電氣,已經開發出以燃料電池發電的筆記本電腦原型,索尼、日立和三星…等公司,都積極地研發微燃料電池技術。美國市場研究機構ABI Research,針對小型燃料電池產業前景調查報告中預測,2012年全球將有13.5%筆記本電腦電源,使用小型燃料電池,預計2012年全球超小型燃料電池,出貨量將達到1.2億個。
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Toshiba運用甲醇燃料電池于PMP裝置上,能夠播放電影長達10小時
直接甲醇燃料電池
??? 直接甲醇燃料電池(Direct MEthanol Fuel Cell;DMFC)的能源密度可超過1,000Wh/kg,為日后高效能可攜式產品延長供電最佳解決方案。其系統組成可分成4大部分,其1為由數片Fuel Cell堆疊成Stack的燃料電池本體,其2為電能控制系統,包含電力轉換、能源管理控制、濕度控制、負載控制組件…等;其3為燃料供應與水、熱管理組件…等周邊設備,主要構成組件包括:負責甲醇燃料輸送的Pump、和Fan、Blower及監控甲醇濃度的傳感器,其4為燃料供應系統,包括甲醇燃料罐及純水罐。
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??? 燃料電池也可打造成1個簡易使用的電池模塊
??? 為因應可攜式產品應用,直接甲醇燃料電池(DMFC)還可細分為主動式直接甲醇燃料電池與被動式直接甲醇燃料電池2種。早期開發多集中在主動式DMFC,但由于甲醇水溶液的循環系統較為復雜,體積重量不易縮減,被動式DMFC也漸被重視。
??? 比較2種優/缺點,主動式的燃料電池利用復雜的BOP和 EMS系統嚴格地管理與控制,整體效能高,相對成本也就非常昂貴;至于被動式的燃料電池系統,主要利用毛細原理及重力運作,無法像主動式模式,徹底發揮燃料電池的發電特性,因此效能較差,但價格比主動式便宜許多。而就產品目前市場應用來看,用于10W以上的3C電子產品,多采用為主動式DMFC;低功率產品則是采用被動式DMFC架構。
??? 就小型燃料電池3C市場應用趨勢而言,將以應用于NB市場的滲透率最高,日本目前仍是3C用燃料電池的主要產出國家,尤其在100W以下、3C應用的小型燃料電池技術。勝光科技、南亞電路板、新普科技、大同世界科技、臺達電…等國內企業,也積極參與小型燃料電池研發。