以氫氣做為燃料的「燃料電池」其實在技術上并不復雜,不僅在1838 年就已經被發明出來,美國航太總署NASA 也早已將其用于衛星、太空船上。但為什么在一般生活當中,還是很少能看到燃料電池的應用呢?主要還是來自于氫氣在儲存及運輸上的困難。
目前最常見的氫氣供應源大多還是傳統的鋼瓶,但高壓的氫氣不僅占空間,而且氫氣本身極易燃且會爆炸,如果在運輸過程中出了什么意外的話,也是非常危險的!那有沒有辦法讓氫以化合物的方式存在,增加安定性的同時也減少占用的空間呢?中科院經過六年的努力,終于研發出了以「硼氫化鈉」為原料、觸媒做轉換的氫氣生產方式。
硼氫化鈉分子式為NaBH?,平常是化學性質穩定的白色固體,即使不小心撒了出來,也只要掃起來就好了。此外,硼氫化納因為是固體的關系,在同體積下的儲氫量,幾乎是高壓氫氣瓶的兩倍呢!硼氫化鈉和水經由觸媒的作用后,會產生偏硼酸納(NaBO?)和氫氣,而這些氫氣就可以直接用在發電上了。不過雖然這個反應式已經為人所知很久,最重要的關鍵還是在「觸媒」的部份──硼氫化納溶于水中時本身就會持續產生少許的氫氣,但反應速率太慢、并不實用,所以要靠觸媒來增加轉換效率。
最有效的觸媒是用鉑、釕、銠等貴金屬材質制成,但它們的生產成本太高,無法普級化使用。中科院所研究出來的「鐵鈷鎳三元復合觸媒」替代品本身雖然便宜,但效率依然不彰,因此又再利用了奈米技術,加大鐵鈷鎳三元復合觸媒的活性面積達90%,達到足堪使用的氫氣產生效率。
完整的電池系統會有控制模組,能限制硼氫化鈉水溶液通過觸媒床的速度,如此一來就可以控制氫氣的產生量,一方面是讓氫氣「即產即用」,避免儲存氫氣的危險,二方面也可以調整全系統的輸出功率,達到最適合當前需求的量。
以硼氫化納為基礎設計出來的化學氫燃料電池大約有3kW 的發電量,而且沒有傳統化石燃料因發電機所產生的空氣污染問題,適合不能斷電的電腦系統或一般家庭使用。初步的測試是與中華電信合作,在機房中安裝此套系統,用一到兩年的時間,模擬各種停電狀況下燃料電池系統的穩定性。未來或許每個人都可以在家中安裝此套系統,若臺風天突然斷電時,只要倒一包「硼氫化鈉」粉末到緊急發電機里,每個人家里就都還能保有一定的電能供應啰!
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