1、燃 料 電 池 堆,2,燃料電池堆實驗儀器,3,氣體鋼瓶,4,氣體流量控制器,5,測試系統,(1)左為陽極反應物溫度，右為陰極。(2)陽極、整個電池、陰極的選擇鈕。(3)電池電勢指示器。(4)燃料電池測試裝置。,6,燃料電池堆示意圖,單節電池,7,PEMFC單電池示意圖,8,燃料電池堆-自然進氣1,9,燃料電池堆-自然進氣2,10,燃料電池堆-流道,按此回反應氣體頁,11,燃料電池堆-組裝,12,燃料電池堆,以氫氧燃料電池為例，單電池的操作電壓大約在0.60.9V之間，所需之電壓往往高出單電池許多，為此需求必須將多個單電池串接起來形成燃料電池堆（fuel cell stack），以提高輸出電壓
2、。,13,電池堆的設計,決定工作面積和串聯數目氣體分配問題密封組裝,14,工作面積與串聯數目,首先必須根據使用者需求來決定單電池的工作面積和串聯數目，工作面積決定操作電流的大小，串聯數目決定操作電壓的高低。,15,串聯數目計算,以PEMFC為例，24V，600 W，在0.6-0.9V的單電池操作電壓下電流密度大約200800mA/cm2。假設0.7V，500 mA/cm2時輸出24V電壓要35節單電池串聯。,設計點： 0.7V，500 mA/cm2決定數目：24V/0.7=35 cells,16,工作面積計算,在24V的操作電壓下，600W的FC必須輸出25A的電流，因此有效工作面積為：25A
3、500mA/cm2 =50cm2。,電流大小=600W/24V=25A電極面積=25A/500mA/cm2電極面積=50cm2。,17,運算結果,根據以上設計，一個電極工作面積為50cm2，由35節單電池組成的電池堆，工作電壓為24.53.5V可以輸出525700W的功率，符合要求。,按此回電池設計頁,18,反應氣體在各節的分配問題,最佳的氣體分佈狀態是氣體平均的流入流出每個單電池，其設計原則之是各單電池雙極板流場結構務必一致，以確保流場阻力相等。,19,PEMFC常見的流道結構,20,流場阻力,單電池之間的共通管道阻力必須小於單電池的流場阻力，為了降低阻力而加大共通管道面積往往會減少有效利用
4、面積，而造成電池體積比功率與質量比功率的下降。,按此回電池設計頁,21,密封電池堆,密封是為了確保陰極與陽極兩側的反應氣體不會互竄及外漏，主要問題在於不當密封與材料老化。,22,不當密封與材料老化,不當密封設計將會使得雙極板與電極之間的接觸電阻增加而降低性能。電池堆運行過程中會因為密封件老化變形造成氣體互竄外漏，由於運行中密封件不斷變形，須附加自緊裝置或定期人工緊固電池。,23,密封材料,低溫燃料電池可以採用橡皮環或鐵氟龍墊片進行密封。高溫燃料電池堆則需採用特殊材料，如prexy玻璃或玻璃/陶瓷複合材料。,24,燃料電池系統,燃料電池的工作方式與內燃機類似，必須不斷送入燃料氣體與氧化劑，才能確
5、保穩定輸出電能，還必須能夠排出與生成量相等的反應產物。,25,燃料電池系統方塊圖,26,燃料重整改質,中低溫的FC以醇類或烴類為燃料時，必須先通過重整改質器（reformer），將燃料轉化為富氫氣體並去除對氧化過程有毒的雜質。高溫燃料電池本身具有內重整能力，可以直接使用甲醇、天然氣等碳氫燃料。,27,輸出,燃料電池與化學電池一樣，輸出為直流電，當FC的內電阻高時具有較佳的抗短路性能。當負載變化幅度加大，輸出電壓變化也隨之加大，為求穩定輸出必須加裝直流電穩壓器（DC/DC converter），可加裝逆變器（DC/AC inverter）轉成交流電。,28,燃料電池的廢熱,目前電能轉換效率大約4060%，有近半的化學能須以熱的形式表現，為了保持工作溫度的穩定，必須將這些廢熱排放出去或者再利用。,29,廢熱的處理與利用,中低溫FC大都以回熱系統將廢熱變成可利用的蒸氣。高溫FC則與其他發電裝置（如：渦輪機發電系統）組成複合發電循環，以提高發電效率與燃料利用率。,30,系統裝置,以上述來看，燃料電池系統必須具備供氣系統、燃料處理器、燃料電池堆、逆變器以及冷卻系統，最重要的是必須具備燃料電池控制器進行氣、水、熱、電的管控，而構成一個自動運轉的系統。,31,
