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小型攜帶式發電裝置 --- 利用奈米矽粉與水直接產氫於燃料電池

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小型攜帶式發電裝置 --- 利用奈米矽粉與水直接產氫於燃料電池

●技術簡介:
本展品主要結合可量產之高品質奈米矽粉,可於適當環境下與多數水溶液反應產生高純度氫氣,結合質子交換薄膜燃料電池可即時產生電力,現階段已可推動30W小型燃料電池數小時,整合成可攜式發電裝未來可滿足軍事行動以及急難救助及特殊需求之個人用電需求。
●技術之科學突破性:
由於科技的演進,目前已經發展出許多產生氫氣的方式,目前的氫氣製作多採用石化重組法、生質能、電解水等等技方式,然而其仍存在多項缺點無法克服,例如採用石化原料存在二氧化碳的排放問題,生質能則存在原料供應穩定穩定性等等缺點,電解法則需要高昂設備投資以及額外能源,除了氫氣的製作之外,氫氣的擴散特性亦導致在儲存上需要較為先進的容器材料及製作技術,導致了雖然氫氣本身具有極高的重量能量密度(約為石化能源的三倍左右),卻因為需容器儲存的緣故大幅降低了體積能量密度,現今應用時往往需要攜帶產製完的氫氣,裝於體積龐大的容器中使用,無法於需要氫氣時即產即用,因此衍生昂貴的氫氣儲存與運輸成本,大幅限制應用的效益與靈活性。
本技術採用奈米矽粉與水溶液反應製備氫氣,藉由奈米矽粉的大比表面積,與水的快速反應產製出具有高產生速度、高純度、低氧含量的氫氣,此一特性相較於前述先製備氫氣並儲存最後再使用的方式相比具有極大的優勢,亦即可以大幅降低相關應用元件花費在氫氣製作與儲備上的空間,從而提高整體的空間使用效率,最直接的優勢便是可輕量化作為未來可攜式氫氣應用元件的氫氣來源,在不需要額外能量供給之下直接產生高純度氫氣,直接提供給可攜式燃料電池及其應用使用。
本展示品與市面上類似產品比較亦具有優勢,例如歐洲目前所採用的軍用燃料電池系統,其採用直接甲醇燃料電池(DMFC)系統以及甲醇液態燃料,存在價格高昂及易燃的危險性,且於啟動時觸媒需預先加熱至高溫,故需要較長的啟動時間,反應過程亦會產生二氧化碳,本技術並無上述缺點,可凸顯本技術之重要性。
在奈米矽粉取得性及成本方面,本團隊亦已開發大規模高品質奈米矽粉製程,故能克服奈米矽成本及取得性之問題,可充分發揮奈米矽粉於產氫方面潛力,現已成功整合奈米矽產氫系統、燃料電池系統、鋰離子電池系統為可攜式發電裝置,在需要發電時,可加入多種水溶液(甚至是海水與尿液)即可及時反應發電,由於氫氣之產生為即產即用,故能免除氫氣儲存以及運送時的不便及危險性,十分適合於無法穩定生產或儲存氫氣之地域,例如軍事行動、緊急情況或特殊場域等等之個人用電需求。
●技術之產業應用性:
本技術所展示之可攜式發電系統,其結合奈米矽粉產氫及質子交換薄膜燃料電池(PEMFC)及鋰離子電池,所產生之高純度氫氣可推動30W質子交換薄膜燃料電池數小時,可供應多項個人型電子產品使用,其最大特點在於奈米矽粉為固態材料,具有較高安全性,且在適當配方下可以多樣水溶液直接產生氫氣供應燃料電池,使用者平時可攜帶能量密度高、體積較小的奈米矽粉塊材,當緊急情況時可加入水溶液即時產生氫氣,並導入燃料電池產生電力,由於矽材料與水溶液反應後之主要生成物為二氧化矽,並無二氧化碳產生,故對於環境之危害較小,再者,本技術所產生之氫氣力及導入燃料電池產生電力,因此不需要氫氣的高壓儲氣設備及空間,故較能有效的利用空間,可轉換出相較於同重量或同體積的儲氣設施儲存量更多的氫氣。
針對奈米矽粉的取得性及成本問題,本團隊亦已開發大規模高品質奈米矽粉製程,已克服奈米矽粉成本及取得之問題,可充分發揮奈米矽粉於產氫方面潛力,現已成功與燃料電池整合為可攜式發電裝置,在需要發電時,加入多種水溶液(甚至是海水與尿液)即可及時反應發電,可以克服傳統氫氣儲存以及運送時的不便利性及危險性,十分適合無法長期穩定生產或儲存氫氣之情況,例如於軍事行動、緊急情況或特殊場域等等之個人用電需求。

線上展網址:
https://tievirtual.twtm.com.tw/iframe/d92253a8-4607-4bc3-be5a-cf7a5d9ce7fa?group=23bfb1fa-dd5b-4836-81a1-4a1809b1bae5&lang=tw

聯絡人

  • 姓名:郭梨瑩 博士

  • 電話:06-2757575分機34258

  • 地址:701台南市東區大學路1號

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其他資訊

  • 展館別:未來科技館 【2023】半導體專區

  • 所屬代表參展單位:國科會

  • 主要應用領域:材料化工與奈米

位置 更多資訊

成大材料系_劉全璞教授團隊_小型攜帶式發電裝置 --- 利用奈米矽粉與水直接產氫於燃料電池

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  • 技術成熟度:雛型

  • 展示目的:商機推廣、研發成果展示

  • 流通方式:技術授權/合作、自行洽談

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