PEM 與電解槽介紹
前言
近幾年來學術界對於燃料電池與電解槽相關技術的關注度較高,
主要原因是因為這兩項技術藉著相互輔助,可具有整合綠色能源解決方案的潛力,
此篇教育文件會大略的解釋燃料電池、電解槽的基礎概念,
並同時講解如何使用恆電位儀檢測燃料電池與電解槽的性能。
燃料電池與電解槽,雖然是兩項不同的技術,
在各自的開發上也遇到不少困境,其材料需求、測試規格也不盡相同,
因此必須將兩項技術以並聯的方式進行討論。
燃料電池是將化學能轉為電能的一種電化學電池;
反之,電解槽能將電能轉換為高電位能密度分子,其中最常見的例子為水解反應:
下圖為質子交換膜 (Proton Exchange Membrane, PEM) 燃料電池的原理圖,
通常會有一個被供給燃料,和一個氧化劑,
以方程式 1 來說,被供給燃料為 H2;氧化劑為 O2(也包含空氣中的氧氣),
並產生電力與水(方程式 1 的逆方向),
若是以電解槽作反應的話,需供給反應系統水,且電力會將水分解為 H2、O2(方程式 1 的正方向)。
圖 1:燃料電池反應原理圖
以燃料電池來說,O2 的還原反應會發生在陰極:
H2 的氧化反應會發生在陽極:
若以電解槽進行測試,上述反應則會以相反的方向進行。
燃料電池的主要特點為可直接使用備用電源發電,
在運輸產業上的應用,目前被認為是重型汽車汽油的最合適替代品之一,
2020 年美國能源部啟動了百萬公里燃料電池卡車計畫 (Million Mile Fuel Cell Truck Program) 以開發這門技術,
不少卡車製造商目前正處於道路測試階段,期望這項計畫能夠在 2025~2030 成功商業化。
也相信在不久的將來,隨著效率提升且成本降低,上述計畫能夠套用到所有車款的電池上,
以解決電池當中稀缺資源的問題,
當前此項技術正在發展中,若能找到符合氫氣製造、儲存、分配規格,
同時安全性高且具有成本效益的解決方案,使其成為可使用的能源。
資料來源：BioLogic Learning Center – What are PEM Fuel Cells and Electrolyzers?
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