核研所於2003年成立高效率固態氧化物燃料電池計畫,設定的近程目標為在2010年發展出1~5千瓦(kW)住商使用之分散式發電系統。經過近5年持續的努力,固態氧化物燃料電池(solid oxide fuel cell, SOFC)之核心關鍵組件單元電池,在800℃運轉時測試其性能,顯示最大功率密度皆已達到500毫瓦/平方公分(mW/cm2) 之國際水準。核研所同時完成1千瓦(kW)發電驗證系統之設計及建置,經由結合電池堆實體進行各項系統控制功能測試,結果示系統亦符合需求。

所謂固態氧化物燃料電池(SOFC),是藉由電化學的反應及固態電解質傳導氧離子的功能產生電流,發電效率高(40~60%),若結合熱電利用其效率可大於90%,遠高於其他種類之燃料電池。在節能減碳與油價飆漲之前提下,電力供應端首要是提高發電效率以及降低溫室氣體排放,同時降低發電成本,所以美國、歐盟與日本等先進國家均由政府主導整合研究機構、學術界、工業界之研發能量,積極推動SOFC 產品商業化。

有關SOFC產業發展藍圖依美國能源部(US-DOE)之規劃可以概分為三階段:(1) 2010年以前為先期接納階段,潛在市場為研究機構、大學、政府單位等;(2) 2011~2015年為SOFC分散式發電系統商業化準備階段,潛在市場為研究機構、車輛電力輔助系統、政府建築物等,2016年以後產品大量上市;(3) 2016~2030年100百萬瓦以上高效率及低污染之SOFC基載發電廠商業化。美國能源部預估至2025年SOFC發電量累計可達720億瓦及能源發電費用可節省500億美元。

SOFC之核心關鍵組件為陽極支撐型單元電池(ASC)及金屬支撐型單元電池(MSC),核研所以刮刀-共燒-網印技術(TCS)及大氣電漿噴塗技術(APS)分別成功研製出面積(10 x 10 cm2)之ASC及MSC,上述二型單元電池在800℃運轉時測試其性能,顯示最大功率密度皆已達到500 毫瓦/平方公分(mW/cm2) 之國際水準。其中MSC單元電池研發目標為滿足下一代SOFC中低?(500~650℃)運轉之需求。目前正進行箱型化之2千瓦(kW)發電系統最佳化組件配置、整體系統熱電效率分析、及驗證系統運轉之控制策略邏輯,以期達到2010年發展出1~5千瓦(kW)住商使用之分散式發電系統。

核研所在研發SOFC發電技術過程中,同時進行創新技術之專利佈局,為技術落實於國內產業鋪路,現正朝向SOFC長期耐久性能提昇、成本降低、及操作簡易等方面努力,使發展之技術具有國際商業化之市場競爭力。核研所已將研發成熟之SOFC技術移轉民間,可有助於國家解決能源安全、環境保護、及經濟成長三者兼顧之挑戰。

【新聞小辭典】

1. 固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC):是藉由電化學的反應及固態電解質傳導氧離子的功能產生電流,SOFC單電池元件是由陽極層、電解質層、及陰極層構成操作?度在500~1000℃。

2. 陽極支撐型單元電池(Anode Supported Cell, ASC):SOFC單電池元件其陽極厚度約為500~1200微米(μm),以提供足夠支撐強度;電解質厚度介乎10~20 μm,保持高度緻密狀況,以增加O-2 離子導度及降低離導阻力,同時密封隔絕任何氣體之穿透;陰極層厚度則介乎30~60μm間,提供足夠之催化劑以執行氧分子之還原反應並傳導電子與O-2 離子。

3. 金屬支撐型單元電池(Metal Supported Cell, MSC):MSC):SOFC單電池元件以多孔性不鏽鋼板(厚1~2 毫米(mm))或多孔性鎳板(厚1~2 mm)為支撐基板,稱之金屬支撐型單元電池。其研發目標為滿足下一代SOFC中低?(500~650℃)運轉及價格降低之需求。

4. 刮刀-共燒-網印技術(Tape Casting-Cofiring-Screen Printing, TCS):首先以刮刀成型法,製作電池支撐基板或電極生胚薄層,接著利用共燒技術及網板印刷法將第二層電極加以附合,再以網板印刷法將第三層電極層完整接合並製作成全單元電池。

5. 大氣電漿噴塗技術(Atmospheric Plasma Spray, APS):在大氣下利用高速熱電漿火焰的能量將注入其中的金屬或非金屬粉末(例如陶瓷粉末)加速(具次音速或超音速),並加熱至熔融或半熔融狀態;以此高速熔融或半熔融狀態的粉末撞擊底材,在底材堆積成所需之鍍膜。

6. 分散式發電(Distributed Generation,DG):也可稱為分佈式發電、分散型發電,是一種發電技術與系統。顧名思義,是屬於一種較為分散的發電方式,與分散式發電相對的是集中式發電。

7. 基載(Base Load)發電:意即一天二十四小時,持續不間斷的供電量能。台灣的基載發電,主要以煤炭、核能及川流式水力三種。而所謂的「基載考慮」主要在於安全和經濟考量,而煤炭與核能皆符合這兩項要件。

2008-08-11 資料來源:原子能委員會

 1千瓦(kW)固態氧化物燃料電池發電系統

1千瓦(kW)固態氧化物燃料電池發電系統

 固態氧化物燃料電池堆性能測試站

固態氧化物燃料電池堆性能測試站

固態氧化物燃料電池單元性能測試站

固態氧化物燃料電池單元性能測試站