3200

燃料電池技術，無論在商業或軍事方

面，均為專門的技術領域。其中軍

事方面的應用又比商用更早開始。由於燃

料電池為污染低、噪音小，效率高的綠色

發電技術，可應用於固定設施（Stational)

如醫院、學校、機場、辦公建築等，可節

省 2 0 %至 4 0％之電力成本）、住宅

（Residential）、運輸（Transportation）、

可攜式電力（Portable Power），以及掩埋

式垃圾／廢水處理（Landfll／Wastewater

Treatment）等。因此成為近年來美、日、

歐各國爭相研發和推廣的對象。

其中，以燃料電池做為汽車的動力及

能源，已被公認為21世紀必然的趨勢，國

際汽車業紛紛投入鉅資研發汽車用燃料電

池，甚至經濟學人週刊也將燃料電池，列

為21世紀三大革命性科技之一（其他兩項

為生物科技及半導體科技）。 I Q P C

（Introduction to the Fuel Cells 2001 Con-

ference）報導未來二十年，燃料電池產業

將有約3200億美元之市場，因此，在擁有

鉅大市場，同時又能解決能源與環保問

題，燃料電池勢必成為未來動力與能源產

業之主流，我國應及早規劃、開發及整

合。

21台灣綜合展望 2002.5.1 NO.3

翁炳志 中山科學研究院研究員

陳友武 國家政策研究基金會科經組政策委員

本世紀是氫能的世紀

3C

氫能的時代即將來臨

1. 環保問題－－根據中油公司表示，

為抑制空氣汙染，世界各國都在降低汽柴

油含硫量的標準，未來十年，許多煉油廠

可能無法投資新設備，以達成環保標準，

將造成煉油廠短缺，帶動燃油價格上揚，

對環境破壞力低的燃料電池汽車則可能快

速發展，形成新的工業革命。

中油表示，限制汽柴油硫含量是未來

必然趨勢，美國環境保護委員會要求到

2004年時硫含量為30ppm，歐盟規定2005

年時汽柴油硫含量為50ppm，同時規定汽

油芳香烴含量為35％，從技術及時間上來

看，要達到這些新的標準，難度極高。大

多數的煉油廠為了實現汽柴油硫含量的新

規定，將無法進行必要投資，或乾脆予以

關廠，未來十年間，將造成供油量日益短

缺，燃油價格勢必上揚（民生報91年2月4

日報導）。

2. 石油枯竭問題－－目前全世界所消

耗原始能量，大約40％由石油供給。石油

因1950年代中東地區大規模開發油田，而

得以便宜價格大量生產，若按照現在的生

產量來計算，大約40年後，石油將開始枯

竭。1999年時，石油年產量約為253億桶，

每桶的容量大約是159公升。

日本筑波大學功能工程系內山洋司教

授表示：石油並非在大約40年後突然消

失，一般油田在蘊藏量減少到開採前約40

％左右時，生產量將逐漸減少。內山教授

預估廉價的石油將自2015年開始減產，石

油價格可能暴漲，世界經濟也會受到極大

影響。屆時石油危機的發生原因將與過去

二次迥然不同，係源自石油枯竭，它的規

模、影響面可能遠比過去大而嚴重（2000

年12月，牛頓雜誌報導）。

3. 人口爆炸問題－－預估21世紀地球

人口爆炸，到了2050年將達90億人左右，

大約90％以上集中在開發中國家，開發中

國家的能量消耗量（1996年），平均每人每

天消耗1∼2公升的石油，美國平均每人每

天消耗26公升的石油，日本則平均每人每

天消耗13公升的石油。石油約於40年後枯

竭，畢竟是按照現在的生產量來計算，今

後若開發中國家每人每天消耗量增加，加

上人口爆增，石油枯竭勢必更早來臨，世

界經濟將陷入恐慌。

以前人類的主要能源從木材轉變為

煤，從煤轉貶為石油，不久之後可能從石

油轉變為天然氣，這種能源轉變史，可以

說是從較不乾淨能源轉為較乾淨能源的歷

史。能源含碳率與含氫率相較，含碳率越

高者所產生二氧化碳量越大。其中含碳率

最低者為天然氣，只是以目前的生產量計

算，推測已確認的天然氣約於60年後枯

竭，因此天然氣無法成為終極能源。氫能

才是人類最後之終極能源（2000年12月，牛

頓雜誌報導）。

22 台灣綜合展望 2002.5.1 NO.3

燃料電池的原理

燃料電池的起源，可追溯至西元1839

年，英人William Grove進行的水逆電解反

應時所發明之技術。燃料電池是一種能源

直接轉換的發電裝置，將燃料中的化學能

不經過燃燒，而以電化學方式藉著氫氧的

結合成水而產生電能，水可說是燃料電池

唯一的排放物。與一般電池相似，燃料電

池亦由陰、陽兩個電極及夾於兩電極中間

的電解質層所組成，所不同的是一般電池

係將能源儲藏於電池本體中，待用完後即

須捨棄或重新充電以恢復原來狀態。而燃

料電池的能源是由燃料中的化學能所提

供，不含在本體結構中，因此只要燃料源

源不絕的供應，燃料電池便可以不停的發

電（如圖一所示）。

燃料電池所使用的“氫”燃料可以來

自任何的碳氫化合物，例如天然氣、甲

烷、甲醇、乙醇、輕油、煤油等等，藉著

燃料重組器（Reformer）轉換成氫氣，再

配合輸入的空氣，經由電化學反應，產生

電能、熱能和水，其間不涉及燃燒過程，

具較高之發電效率。

另一氫主要來源為水電解法，可同時

獲得高純度氫與氧，並可使用太陽能、風

力、水力、地熱等不會枯竭之再生能源製

造氫氣。

2 0 0 2 / 5

台灣綜合展望

23台灣綜合展望 2002.5.1 NO.3

Electric Circuit

Poiyner$ElectrolyieMernbrane

Anode Catelyst

Exhaust

Cathode CatalystPolymarElectrolyteMembrane

Fuel

e-e-

e-

H+H+H+H+

H+

e-o2H2

H2O

o2o2

from airo2

e- e-

‚Œfi˘¤ •‰¡GFUEL CELL 2000

圖一 燃料電池工作原理

燃料電池的優點

1.環保意識覺醒：潔淨電力能源將主

導世界潮流，各種發電方式所產生污染物

質的量（如表1）。

如果燃料電池採用純氫氣當燃料，其

污染物質為零。

2.自然資源的節省：燃料電池把燃料

所含的潛在化學能直接轉化為電能，效率

很高。一般燃油或煤，把水變成高壓蒸

氣，推動渦輪發電的電廠，由於過程的每

一階段，都有熱損失，其總效率只有25∼

40％。但目前已在運轉的雛型燃料電池，

其發電效率已達40％。將來更進步的燃料

電池，效率可望推進到60％。燃料電池成

本及效率趨勢，如下圖所示。在汽車工業

方面，質子交換膜燃料電池整體能源轉換

效率約為24∼31％，高於傳統汽油引擎約

為10.5∼15％。

24 台灣綜合展望 2002.5.1 NO.3

表1 發電方式與排氣中的污染物質的量

相當105kWh的污染物質的kg數

天然氣專燒火力發電所 重油專燒火力發電所 煤炭專燒火力發電所 燃料電池發電裝置

ＳＯ2 2.5∼230 4550∼10900 8200∼14500 0∼0.12

氮氧化物 1800 3200 3200 63∼107

碳 化 物 20∼1270 135∼5000 30∼10000 14∼102

粉　　塵 0∼90 45∼320 365∼680 0∼0.014

燃料電池計畫之未來Fuel Cell Program Future

Cost Reduction

PAFC

MCFC& SOFCHybirds

21stcentury

4,000

3,000

2,000

1,000

019982003 2010 2015

s/kw

, Ins

talle

d

Calendar Year

Cost Reduction

PAFC

MCFC& SOFC

Hybirds

21stcentury

019982003 20102015

Elec

tric

Eff

icie

ncy%

Calendar Year

90

80

70

60

50

40

30

3.降低地球暖化的程度：燃料電池和

傳統的發電，在消耗化石性燃料時，都會

產生CO2。但效率較高的裝置，為每發

1KW的電，所產生CO2較少。因此燃料電

池對地球溫室效應的降低，會有重大的貢

獻。

4.燃料來源廣泛：只要含有氫原子的

能源如純氫、甲醇、天然氣、石油、煤炭

等，或是其他在自然界中的沼氣、酒精

等，均可作為燃料電池的能源。

5.多適應性：燃料電池是好鄰居。它

沒有轉動部份，安靜，200KW（9公尺，

62DBA）、可靠，並且不大須要維修。這

些特性，使燃料電池可單獨使用在偏遠地

區，或人口綢密之處，減少導電線的須

要，尤其目前輸配電成本急遽升高，分散

式電廠市場將逐步成長。

6.電力市場持續成長： 依據Interna-

tional Energy Outlook 2002 資料統計

（參考下表），1990年至2020年之電力消耗

平均成長率約為2.7%，其中尤其開發中國

家（中國與印度）經濟迅速成長，電力使

用也快速成長。以我國為例，依台電公司

90年長期負載預測（參考下表），90年至

101年之供電量成長率、平均負載、尖峰

負載成長率三者均為3.4%。

2 0 0 2 / 5

台灣綜合展望

25台灣綜合展望 2002.5.1 NO.3

Table 20. World Net Electricity Consumption by Region,1990-2020 （Billion Kilowatthours）

History Projection

Average Annual

Percent Change,

Region 1990 1999 2005 2010 2015 2020 1999-2020

Industrialized Countries 6,385 7,517 8,620 9,446 10,281 11,151 1.9

United States 2,817 3,236 3,793 4,170 4,556 4,916 2.0

EE/FSU 1,906 1,452 1,651 1,807 2,006 2,173 1.9

Developing Countries 2,258 3,863 4,912 6,127 7,548 9,082 4.2

Developing Asia 1,259 2,319 3,092 3,900 4,819 5,858 4.6

China 551 1,084 1,523 2,031 2,631 3,349 5.5

India 257 424 537 649 784 923 3.8

South Korea 93 233 309 348 392 429 3.0

Other Developing Asia 357 578 724 872 1,012 1,157 3.4

Central and South America 449 684 788 988 1,249 1,517 3.9

Tatal World 10,549 12,833 15,182 17,380 19,835 22,407 2.7

Note：EE/FSU ＝Eastem Europe and the former Soviet Union

Sources：His to ry In fo rmat ion Admin is t ra t ion（EIA）, In te rna t ion Energy Annua l 1999,DOE/ELA-0219（99）

（Washington,DC,February 2001）Projections：ELA,World Energy Projection System（2002）

7.3C市場快速成長：高能量密度、充

電時間短及使用便利性佳之電池需求與日

俱增，目前燃料電池之能量密度可遠約

500Wh/kg，鋰高分子電池之能量密度約

200 Wh/kg ，Li-ion之能量密度約110∼

125 Wh/kg ，Ni-MH之能量密度約60∼

80Wh/kg，Ni-Cd之能量密度約40∼

50Wh/kg。充電時間Ni-Cd及Ni-MH約須

8小時，鋰高分子電持及鋰離子二次電池約

須3小時，然而燃料電池則只須數分鐘。

8.用途廣：擁有巨大之市場潛力，小

自大哥大、筆記型電腦、電動車、太空

梭、潛水艇、備用電力、可攜式電力、醫

院或大樓等，大至分散型電廠及現場型，

都可以利用燃料電池的各項優點。

燃料電池的型式

目前燃料電池有六種型式，他們都以

各自所用電解質的材料命名。其發展的程

度，也各有不同，如表2。

1.鹼性燃料電池（Alkaline Fuel Cell,

AFC）：它以氫氧化鉀為電解質，也需要

貴金屬觸媒，鉑、銀和金都可以，發電效

率可達40％。AFC在1960年代的中期，已

用於美國太空計畫，為早期的太空艙和後

26 台灣綜合展望 2002.5.1 NO.3

民國90年長期負載預測（9007案）

年 供電量 平均負載 尖峰負載 負載率 損失率

億度 成長率% 萬瓦 成長率% 萬瓦 成長率% % %

89 1518.6 7.7 1728.9 7.4 2585.4 6.8 66.9 5.8

90 1582.6 4.2 1806.6 4.5 2692.9 4.2 67.1 6.0

91 1643.6 3.9 1876.2 3.9 2802.1 4.1 67.0 6.0

92 1704.0 3.7 1945.2 3.7 2911.2 3.9 66.8 5.9

93 1764.7 3.6 2009.0 3.3 3020.3 3.7 66.5 5.9

94 1825.5 3.4 2083.9 3.7 3127.7 3.6 66.6 5.8

95 1887.3 3.4 2154.5 3.4 3233.7 3.4 66.6 5.8

96 1950.1 3.3 2226.1 3.3 3340.5 3.3 66.6 5.7

97 2013.3 3.2 2292.0 3.0 3448.6 3.2 66.5 5.7

98 2077.1 3.2 2371.1 3.5 3554.7 3.1 66.7 5.6

99 2139.6 3.0 2442.5 3.0 3662.5 3.0 66.7 5.5

100 2204.2 3.0 2516.2 3.0 3766.6 2.8 66.8 5.4

101 2269.9 3.0 2584.2 2.7 3868.8 2.7 66.8 5.4

年平均成長率

90~101 3.4 3.4 3.4

資料來源：台灣電力公司長期負載預測

期的太空梭，供應動力。在小型的太空和

國防應用，十分理想，它的最大缺點，是

不能忍受燃料中或空氣中的CO2。因此它

不適用於建於地面的發電及動力系統。

2.質子交換膜燃料電池（Proton Ex-

change Membrane Fuel Cell, PEMFC）：

早期的PEMFC燃料電池壽命短的問題，也

因採用Du Pont的Nafion交換膜而獲得解

決。此種磺酸基氟化碳高分子化合物形成

的氫離子交換膜，具有良好的質子傳導性

及化學安定性。鉑仍是唯一的觸媒，1980

年代美國大學及國家實驗室（Los Alamos）

研究出降低觸媒膜電極組，使白金使用量

減低至十分之一以下，仍然保持有相同功

率密度之性能，大幅降低PEMFC之成本。

PEMFC所採用電解質是一種固體的

高分子膜，可以製成小型而堅強的系統，

發電率可達40∼60％，適用於運動中的裝

置，成為電動車的最佳選擇。製成的燃料

電池之電力，最高可達250KW，已用於軍

事，小型車輛和太空等用途。

3.磷酸燃料電池（Phosphoric Acid

Fuel Cell, PAFC）：PAFC是在1960年代發

展出來，以磷酸為電解質，鉑為電極觸

媒，發電效率40％。1970和1980年代，已

有許多小型的裝置，作不同性質的實地試

2 0 0 2 / 5

台灣綜合展望

27台灣綜合展望 2002.5.1 NO.3

表2 各種燃料電池基本特性的比較

電池種類 鹼性(AFC) 磷酸(PAFC) 熔融碳酸鹽(MCFC) 固態氧化物(SORC) 質子交換膜(PEMFC) 直接甲醇(DMFC)

電解質 KOH H3PO4 LiCO3-K2CO2 ZrO2 高分子 高方子

陽極 Pt/C Pt/C Cr, Al/Ni Nl/ZrO2 Pt, Ru/C Pt, Ru/C

陰極 Metal/C Pt/C NiO Sr/LaWnO4 Pt/C Pt/C

流動離子 CH+ H+ CO32- O2- H+ H+

操作溫度 室溫-90℃ 180-205℃ -650℃ 800-1000℃ 室溫-90℃ 室溫-130℃

操作壓力 <60psia <120psia <120psia 常溫 <30psia <75psia

反應物 高純度氫氣 混合氫氣 混合氫氣 混合氫氣 混合氫氣 甲醇

可用燃料 精煉氫氟、 天然氣、甲醇、 天然氣、甲醇、 天然氣、甲醇、 天然氣、甲醇、輕油 甲醇

電解副產氫氣 輕油、沼氣 石油、煤炭 石油、煤炭

氧化劑 O2、空氣 O2、空氣 O2、空氣 O2、空氣 O2、空氣 O2、空氣

池體材料 金屬 石墨 鎳、不銹鋼 陶瓷 石墨、金屬 石墨、金屬

起動時間 <0.1h 1-4h 5-1Ch 5-10h <0.1h <0.1h

發電效率 40％ 40％ 50％ 50％ 40％ 30％*

領先廠商 IFC IFC ERC 西屋電氣 Ballard JPL/Giner

技術進展 80kW 11MW 2MW 100kW 250kW 1kW

發展方向 太空船 固定型 固定型 固定型 動力型、可攜式、固定型 可攜式

驗。1983∼1985間，在東京建了一座能量

達4500KW的發電廠，從事實際的操作。

接著建造一座11000KW的發電廠，這是全

世界最大的，它在1991年運轉。PAFC的技

術，已可用於商業上。美國和日本的製造

廠，都建立生產線，以應付規模在

5000KW至11000KW間的訂單。

4.熔融炭酸鹽燃料電池（Molten Car-

bonate Fuel Cell, MCFC）：它通常用鎳

觸媒，以碳酸鋰或碳酸鉀為電解質，發電

率可達54％。最大已操作的單位為2MW，

這是由日本發展出來的。MCFC還有好些

技術問題，尚待解決。其中包括電極壽命

的延長，高溫腐蝕之降低，和各配件之加

大等。因為它的效率較高和成本較低，美

國和日本都積極推動研究，美國能源研究

公司計畫在1997年推出第一座MCFC商業

性發電廠。

5.固體氧化物燃料電池（Solid Oxide

Fuel Cell, SOFC）：由陰極側通入氧氣或

空氣獲得電子成為氧離子(O-2)，這些離子

通過固態電解質，在陽極側與燃料反應釋

出電子(e-)，如此即在外部導線形成一個電

子流，造成大約1伏特的電位差。SOFC達

到商業應用的目標，還很遙遠。但在歐

洲、美國及日本仍在推動研究中。SOFC較

其他燃料電池，有好些潛在優點，特別它

是在高溫下操作，可提高發電效率到55％

以上。

6.直接甲醇燃料電池（Direct Me-

thanol Fuel Cell, DMFC）：DMFC是

PEMFC衍生型，甲醇直接在陽極與觸媒反

應 產 生 氫 離 子 ， 無 需 經 過 重 組 器

（Reformer）轉換。目前面臨最大問題為

甲醇穿透、CO毒化觸媒及功率密度不足等

技術瓶頸。美國摩托羅拉公司開發微小燃

料電池，將能讓手機持續用1個月，筆記型

電腦持續20個小時。

日本東芝公司及日立公司也分別開發

用於筆記型電腦及行動電話的超小型燃料

電池，不需要充電且續電時間很長。預計

明年底前讓新產品量產商業化。

目前AFC主要用於太空船的電力系

統；PAFC用於現場型發電機組；MCFC及

SOFC則用於汽電共生或集中型與分散型電

廠；PEMFC用於運輸動力與小型及分散型

發電機組；以及3C電池的DMFC。磷酸型

燃料電池（PAFC）在美日兩國已開臻商業

化階段，技術專利可能皆美日所確立擁

有。其次熔融碳酸鹽燃料電池，在日本國

家計畫的支援開發下，也超越世界各國而

漸近於商業化階段，先期技術專利皆為日

本所擁有。最後的固態氧化物型燃料電池

（SOFC）的研究開發，未能達到工業實用

化，意味的學術研究非常興趣。

SOFC目前皆在於安定氧化鋯（FSZ）

電解質材料及其界面導電材料如鋯酸鑭等

的研發突破，受限於此種瓶頸的難以解

28 台灣綜合展望 2002.5.1 NO.3

2 0 0 2 / 5

台灣綜合展望

29台灣綜合展望 2002.5.1 NO.3

燃料電池原型車簡介 PROTOTYPE FUEL CELL VEHICLE INTRODUCTION

Automake Vehicle Type Year Shown Fuel Type

BMW Series 7 Sedan In development hydrogen

DaimlerChrysler NECAR（van） 1993 gaseous hydrogen

NECAR2（mini-van） 1995 gaseous hydrogen

NECAR3 1997 Linquid meathanol

NECAR4 1999 linquid hydrogen

Jeep Commander 2（SUV） 2000 meathanol

NECAR5 2000 meathanol

DMFC（One-Person Vehicle） 2000 meathanol

Energy Partners Green Car（Sports Car） 1993 hydrogen

Ford Motor company P2000 HFC（Sedan） 1999 hydrogen

P2000SUV 1999（concept only） meathanol

THINK FCS 2000 meathanol

General Motors/Opel Zafira（mini-van） 1998 meathanol

Precept 2000 hydrogen

HydroGen1 2000 hydrogen

Honda FCX-V1 1999 hydrogen

FCX-V2 1999 meathanol

FCX-V3 2000 hydrogen

H Power New Jersey Venturer 1999 hydrogen

New Jersey Genesis 2000 hydrogen（from sod

ium borate or “Borax”）

Hyundai Santa Fe（SUV） 2000 hydrogen

Mazda Demio 1997 hydrogen（stored in

a metal hydride）

Nissan Rnessa（SUV） 1999 meathanol

Xterra（SUV） 2000 meathanol

Renault FEVER（station wagon） 1997 linquid hydrogen

Laguna Estate 1998 linquid hydrogen

Toyota RAV 4 FCEV（SUV） 1996 hydrogen（stored in

a metal hydride）

RAV 4 FCEV（SUV） 1997 meathanol

Volkswagon/Volvo Bora HyMotion 1999 hydrogen

決，故尚無可期的時日被定為目標。

本來燃料電池發電最理想的型式即為

固態氧化物燃料電池。陶瓷材料的耐高溫

本質在熱力學上的安定，最被看好的材料

壽命，即是保證能源轉換效率最理想材料

物質的象徵。由於SOFC材料的製成，皆為

陶瓷材料製造科技，一如陶瓷引擎動力產

生裝置的材料一樣，受限於陶瓷製作過程

束縛及碎性的本質，故技術開發的

把握度成為重要突破點。

其中PEMFC及DMFC有產業

剛開始起步、用途多樣化（1W∼

250W）、市場廣大、技術門檻尚

高，各家廠商尚未形成寡佔局面、

環境相容性高（安全、起動快、低

溫），最適合台灣產業在目前切入

發展。其他型態適合引進國外燃料

電池機組來推廣試驗。

全世界PEMFC技術領先者為

加拿大的巴拉德（Ballard）公司，

同時發展現場型、運輸動力型與攜

帶型機組。Ballard已和德國的朋馳

（Benz）、美國的福特（Ford）結成

連盟，共同發展甲醇的燃料電池電

動車（50kW）；同時在芝加哥與

溫哥華試驗使用氫氣的燃料電池電

動巴士（250kW）。根據Ballard的

評估，巴士可能先行於2000年以後

商業化，而轎車將於2004年以後商

業化。這令全球第一大的通用汽車

非常緊張，而全球第二大的豐田

（TOYOTA）汽車也有相當危機

感，兩者也結為同盟。

30 台灣綜合展望 2002.5.1 NO.3

電動車將成新寵

美國汽車業克萊斯勒（Chrysler），由

於財力、技術遠不及通用及福特更有危機

感，間接造成與朋馳的合併。福特公司表

示，燃料電池電動車將是21世紀最先進的

潛力產品，目前唯一要克服的是重量、體

積及成本等問題。

全球各工業國對此發展均積極回應，

日本的豐田車廠自行發展25kW電池組與重

組器，並繼Benz後推出甲

醇燃料電池電動車的展

示。美國的 IFC、MTI、

Energy Partners、 H

Power、Analytic Power、

Allied Signal；日本的三菱

重工、三菱電機、IHI；義

大利的DeNora也都在發展

車用電池組；而各地主要

車廠也紛紛投入，包括

GM、Chrysler、日產、本

田、馬自達、 B M W、

Volkswagen、Volvo、Rover、Opel、

Renault等，甚至韓國的現代也在發展。

在上述的車廠中，2001年的Chrysler

發表使用甲醇為動力燃料電池車，此舉已

引起相當的重視，不過，體積及成本也是

待克服問題。總之，燃料電池電動車的預

估商業化時程為2005年以後。

利用甲醇的PEM燃料電池電動車在國

外已掀起一股研發的熱潮。以德國的Benz

車廠為例，其1994年推出第一代展示車時

係以氫氣為燃料，整個廂型車的空間幾乎

全為動力設備所佔滿，只能在前座預留二

個座位。但是Benz的進展非常快速，1996

年推出第二代展示車，雖然仍使用氫氣，

只是總個機組已大幅縮小，在一輛小型車

可容納6個座位。到1997年，Benz的第三

代展示車，已改用甲醇為燃料，但仍可保

持小車型態。此種技術的進

步使燃料電池電動車的商業

化指日可待，該公司預計在

2005年開始量產，初期產量

為每年10萬輛。

除德國之外，其餘各國

的主要車廠大多已投入PEM

燃料電池電動車的研發行

列。其中以日本的Toyota公

司在1997年也展出甲醇燃料

電池電動車，所用的甲醇重

組器和燃料電池皆為該公司

自行研發的產品。

美國推行「自由車」計劃

91年1月9日美國能源部表示，布希政

府決定擱置八年15億美元的省油汽車研發

計畫，轉向以支持燃料電池車的生產，進

而減少美國對進口石油的依賴，並要求美

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台灣綜合展望

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福特公司表示，

燃料電池電動車將是21

世紀最先進的潛力產

品，目前唯一要克服的

是重量、體積及成本等

問題。

汽車生產企業與政府合作。聯邦能源部長

亞伯拉罕（Spencer Abraham）計畫與美

國三大汽車製造商通用、福特及戴姆勒克

萊斯勒合作開發一項命名為『Freedom

CAR（自由車）』的新計畫，新計畫以完

全取代內燃機為政府贊助的主要研發方

向，改以氫氧化學作用產生動力的燃料電

池車為未來努力重心。

美國汽車研究中心總裁柯爾表示，它

相信燃料電池車可在五年內限量生產，大

量生產也將在十年內實現。柯爾說過去五

年燃料電池的進展，已經將生產成本從內

燃機的1000倍降至10倍。

Ballard也發展攜帶型燃料電池電力組

（＜1kW），日本的Matsushida（松下公司）

已向該公司購入電力組，並嘗試發展可攜

式電子產品的電力供應運用。

除車用電池組的發展，Ballard與美國

GPU結盟，正在試驗250kW的現場型機

組；但若考慮汽電共生的應用，則PEMFC

似乎不易和PAFC競爭。此外，美國MTI與

DTE Energy公司合組Plug Power將進行家

32 台灣綜合展望 2002.5.1 NO.3

用型電力機組〔＜10kW〕的開發，以提供

家庭用戶使用，而且日本的三洋電機與德

國的Forschungszentrum Julich也在發展

此種系統。

同時，H Power發展小型移動裝置，

並在最近供應紐澤西州交通部65組交通標

誌使用的小型電源，成為第一個商業化銷

售成功的案例。同時，加拿大的Sofinov與

新加坡的STA已加入H Power，參與共同

發展。在攜帶型電力組方面， IFC、H

Power正在積極發展，而日本的三洋電機

原已推出250W PAFC系統，目前也已轉向

PEMFC。現場型和攜帶型機組的商業化時

程，預估在2005年以後。

日本從「小」著手

日本這20年來積極發展燃料電池，如

今成果一一顯現，當初將燃料電池列入

『月光計畫』內，從1981年至1986年編列

110億日圓研究經費開發此項工作。之後日

本MITI燃料電池『日光計畫』（1992∼

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台灣綜合展望

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2000）第一階段結束，2000年以後仍然有

多項燃料電池計畫進行中。

在DMFC方面，摩托羅拉公司與Los

Alamos National Lab.共同開發1 in2×0.1

in DMFC，預計2003年後生產；Energy

Related Devices, Inc. 與 Manhattan

Scientifics Inc.亦合作研發類似尺寸

DMFC。

日本東芝及日立公司已分別開發用於

筆記型電腦及行動電話的超小型燃料電

池，不需要充電且續電時間很長。東芝及

日立的目標是明年底前讓新產品量產商業

化。東芝目前已開發一種個人數位助理

（PDA）使用、厚度2.5cm的燃料電池，重

量約500g，可提供8W電力，續電時間長達

40小時，超過標準充電式鋰電池五倍。

東芝並接近開發一種技術，可將燃料

電池厚度減薄至0.5cm。日立公司則開發一

種筆記型電腦使用的燃料電池。這種產品

在商業化後，續電時間至少長達十小時，

目前市面筆記型電腦使用的電池，續電力

只有三小時。

日本業者目前在供可攜式數位終端裝

置使用的鋰離子二次電池市場上執世界牛

耳，每年的銷售額約3000億日圓。燃料電

池市場在2010年以前，可以成長到相當於

充電式電池市場的10％（經濟日報新聞91

年1月21日報導）。

大陸腳步積極

在1960年代中期，武漢大學及中科院

長春應化所即開始燃料電池的基礎研究，

後因文化大革命而終止。至70年代，由於

發展太空計畫的需要，因此動員許多學校

與研究機構開始發展AFC。當時參與的研

究人員超過1,000人，研究範圍包括電極材

料、電池組裝、系統控制、測試設備、以

及氫氣的生產、儲存與運輸等。在1980年

代因經費縮減，計畫規模也相形縮小，但

仍是進行許多有關AFC、MCPC、SOFC、

PEMFC與DMFC的研究。

目前主要研發單位為大連化物所自

1990年起開始進行PEMFC、SOFC、

MCFC的研發，但主力置於PEMFC，希望

在2000年完成30KW車用電池組的研發；

另北京的富原公司也與加拿大新動力公司

自行開發PEMFC電池組技術。

我國對燃料電池發電的瞭解很難稱理

想，因為一些基本上認知的缺乏，造成對

燃料電池發電的輕忽也是目前此項屬於第

四種電力（水力、火力、核能之外）之人

才及技術不足。目前國內由於經濟部能源

委員會的重視主導及台電的電源開發需

求，工研院能資所在能源委員會支持下，

從77年開始進行PEMFC技術發展及約87年

再開始進行PEMFC技術發展。

另88年能源委員會再提供每年約一千

萬元經費給予元智大學人材教育培育及進

34 台灣綜合展望 2002.5.1 NO.3

行PEMFC相關技術發展。89年底國科會也

開始提供經費於各大學進行人材培育及燃

料電池相關技術發展。中科院也於88年開

始進行PEMFC關鍵元件碳材料技術開發，

90年在經濟部技術處支持下進行氫電關鍵

元件碳材料及測評技術開發，發展燃料電

池關鍵碳／石墨元件材料，並配合業者需

要與業界合作開發民生用燃料電池系統

（如3C產業、電動腳踏車、可攜式電力及

家用燃料電池系統等）。

同年在經濟部技術處支持下工研院材

料所進行開發小型DMFC燃料電池應用於

3C產業上，該計畫後來整合為國家微小型

燃料電池計畫。在業界方面，目前已成立

亞太燃料電池公司，只電動機車為發展目

標。

台灣未來的發展策略

1.結合政府、研究機構、學校和產

業，以產品為導向，研發PEMFC及DMFC

之關鍵元件、電池組組裝及系統整合技

術，有效克服燃料電池目前面臨的成本

高、重量及體積大的問題，以提升整體研

發能力，追趕國外技術水準。

2.引進PAFC、MCFC與SOFC等展示

機組，評估此種現場型電廠的商業化推廣

可行性。

3.發展PEMFC燃料電池電動車，以改

善汽機車廢氣對環境的污染，先期計畫可

先推出電動機車及腳踏車的實驗車。

4.預估燃料電池商業化優先順序為：

軍事用途→可攜式3C用電力→偏遠地區電

力→民生家用→巴士→汽機車→發電機。

可先開發降低PEMFC（1∼10kW）量產成

本技術，打入偏遠電力及家用電力之市

場。

5.開發相關氫氣的製造、儲存與運輸

等技術。並提升儲氫合金性能及降低生產

成本技術。

6.政府應規劃建立氫氣使用周邊設

施，同時制訂相關的標準安全規格，以利

日後燃料電池產的發展。並將燃料電池產

業列入獎勵項目，以鼓勵產業界積極投入

研發與生產。

能源乃經濟發展所必需，人類利用能

源創造出經濟奇蹟，對文明產生巨大影

響，但伴隨而來的地球環保問題，諸如溫

室效應、空氣、土地的污染，再加上石油

與天然氣的漸趨枯竭，吾人因此認為21世

紀是氫能快速成長期，而22世紀更是氫能

的世界。我國有必要對燃料電池技術開發

投入更多的人力、心力與經費，結合產、

官、學界的力量，針對巨大的產業市場，

開創出具有競爭力的科技與產品，除能降

低未來能源枯竭對我國經濟可能產生的衝

擊之外，更能為脆弱的地球環境善盡吾人

一份力量。

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