各種燃料電池發展史

■科學月刊■詹世弘 （任教元智大學機械工程學系）燃料電池（fuel cell）是一種將燃料內部的化學能直接轉換為電能的發電機。這類電化學能源轉換機的前身，早已存在大自然的動物器官內，如會發高壓電的鰻魚。人類在19世紀的1839年（約170年前）才發明燃料電池。在這170多年來，燃料電池的發展有起有落。早期的蒸氣機以燃燒方式，將煤的化學能轉為機械能，效率甚差。電化學反應方式被認為是解決能源轉換效率不佳的方法，因此燃料電池即引發熱潮。但後來的其他科技，如內燃機等，效率快速改進，消減了燃料電池的熱潮。直到20世紀的50年代末，美國與蘇聯之太空競爭，衍生燃料電池的快速發展，終於製造出第一個可實際應用的燃料電池系統，作為太空船的電力源。太空成功的應用及1973年伊朗造成的石油飆漲，於70年代再度引發高潮，希望發展出可應用在地球上的商業化產品。雖然在燃料電池的科技獲得重大進展，但價錢及壽命之兩大障礙因素延遲商業化的腳步。近年來，除了能源危機因素外，溫室氣體排放帶來的氣候變遷，以及2011年日本福島三座核電站事故，造成核能發電政策之改變，加速燃料電池產品之開發，商業化產品也相繼誕生，已開始應用於住宅和工商業大樓之固定式發電，以及堆高機等移動式之動力系統。燃料電池的種類頗多。除了早期的「直接煤炭燃料電池」發展至1939年才停頓外，今日六種的燃料電池均有一段長期的發展史，這包括固態氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、鹼性燃料電池、磷酸燃料電池、直接甲醇燃料電池，及質子交換膜燃料電池。燃料電池的貢獻者甚多，僅能列出重要代表者，以及各種燃料電池的重大發展史。（全文見科學月刊2012年十月號封面故事-燃料電池的理論與應用）