• 技術名稱
  • 以雷射塗佈合金觸媒與金屬發泡材流場併內鑲水冷雙極板開發高性能質子交換膜燃料電池
  • 計畫單位
  • 國立中央大學
  • 展區位置
  • 僅供線上展示
  • 聯絡人
  • 林晉賢
  • 電子信箱
  • satb03@gmail.com
技術說明 應世界能源需求逐年上升、傳統化石能源逐漸枯竭與環保意識抬頭。當前正處於能源轉型的關鍵,發展綠色能源使生態永續發展、減少環境汙染與提升能源自給率是世界各國政府致力發展的重點方向。我國綠能產業發展包含創能、儲能、節能與系統整合四大主軸,其中儲能的重點項目之一為氫燃料電池,其是將能源先以氫氣的形式儲存與輸送,在到達使用能源的時機或地點時再以燃料電池將氫氣轉換成電能。可應用於汽機車動力,相較於傳統內燃機引擎的廢氣排放與噪音,氫燃料電動車僅排放水與熱能並且安靜,是未來取代汽油車的明星。氫燃料電池通常係指質子交換膜燃料電池,質子交換膜燃料電池堆的主要技術門檻與生產成本在於使用貴重金屬鉑做為觸媒的膜電極組與電堆的主要支撐結構雙極板。為了降低燃料電池觸媒與燃料電池電堆雙極板的成本,使氫燃料電池推廣於民生經濟,本團隊研發新穎雷射觸媒塗佈技術與設計新穎金屬發泡材併內鑲水冷雙極板流道結構,得達到未來燃料電池性能與生產成本指標。

雷射塗佈合金觸媒技術內容包含以脈衝雷射沉積技術(Pulsed Laser Deposition, PLD)均勻噴塗合金奈米顆粒於燃料電池的氣體擴散層上,與運用掃描連續光雷射製程(Scanning Continuous Wave Processing, SCWLP)對已沉積於氣體擴散層上的合金顆粒堆疊微結構進行熱處理,使白金析出於合金表面形成穩定核殼結構,並且能維持氣體擴散層原有的物理性質和功能。本塗佈技術除了能大幅降低白金用量,同時也提升燃料電池的性能與耐久性。本技術免除了傳統塗佈法的觸媒合成、塗佈漿料準備步驟,避免了濕式化學法合成觸媒時未被估量的白金損耗,並且在電極微結構中,有較高的觸媒表面利用率。

金屬發泡材流道併內鑲水冷雙極板設計的金屬發泡材流道有別於傳統直流道或蛇行流道,能同時具備高效的氣體質傳與電子導率;內鑲水冷設計有別於一般設計需額外安裝水冷片散熱結構,此設計將水冷區鑲於燃料流道旁,並利用水冷區設置定位孔,能使電堆極板間受壓更均勻。結合金屬發泡材與內鑲水冷能有效提升電堆之體積功率密度。
科學突破性 本團隊以脈衝雷射沉積PtCo3奈米顆粒,並用掃描連續光雷射製程對沉積於氣體擴散層上的顆粒堆疊微結構進行熱處理,製作成膜電極組裝燃料電池,鉑質量比功率密度12.0 kW/gPt。達美國能源部的2020年氫燃料電池觸媒目標。金屬發泡材流場內鑲水冷設計能有效提升電池性能35%並且節省體積與加工成本。
產業應用性 雷射是未來智慧製造不可或缺的一項工具,本團隊成功開發新穎脈衝雷射沉積技術並用連續光雷射後處理製造合金觸媒。除了觸媒電極材料的合成本團隊亦使用雷射對氣體擴散層進行微結構加工,使燃料電池性能進一步提升。
本團隊開發的質子交換膜燃料電池堆主要可應用於可移動型的發電裝置,在未來更有應用於分散性電力供應系統。
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