【大纪元12月5日讯】（大纪元记者陈常鹏综合报导）继前文介绍四种燃料电池后，本篇再介绍固态氧化物、融熔碳酸盐、再生式燃料、锌空气燃料及质子陶瓷燃料电池等五种。
◎ 固态氧化物燃料电池 (Solid Oxide Fuel Cells)
SOFC型燃料电池属于高温型电池，操作温度高达800~1000℃。采用固态氧化物作为电解质，除了转换效率高效、环境亲和性佳的特点外，它无材料腐蚀和电解液腐蚀等问题。高操作温度有几个好处：电极触媒不限于使用如铂、铯等贵金属，可采用镍；对一氧化碳中毒承受能力大，SOFC甚至可使用煤气为燃料。若再回收高温碳氢燃料转化过程所产生的废热，则可再进一步降低运转成本。但高操作温度下，氧化物电解质虽无泄漏之虞，仍会热裂，影响使用寿命。其运作原理如下图所示：
| （取材自http://americanhistory.si.edu/) |
这种燃料电池所用的电解质是固态的陶瓷材料，一般为氧化钙或氧化锆，作用是输送氧离子至阳极，与氢原子结合后形成水，并释出自由电子产出电流，其功率可达2~100 仟瓦之谱。若与燃气涡轮机并用，则可输出220~300仟瓦之功率。示范的装置电转换效率可达45-55%；利用废热的热电联产配置可达到80-85%的总体能量转换效率。SOFC与燃气涡轮机并用的混合系统可达100万瓦以上的电力。
SOFC的燃料适用范围广，不仅能用氢气，还可直接用一氧化碳、天然气（甲烷）、煤气、碳氢化合物、NH3、H2S等作燃料。这类电池最适合于分散和集中发电，如中至大型的现场发电或热电联供的应用。常见用于医院、旅馆及大学校区等居住用供电及电厂发电。电信产业亦常利用它来做电力之备援系统及装载于军用车辆上的辅助性供电设备(APUs)。
◎ 融熔碳酸盐燃料电池 (Molten Carbonate Fuel Cells)
MCFC型燃料电池亦属于高温型，是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池，其操作温度介于600~750℃之间。利用悬浮于多孔惰性基材中的融熔态碱金属(如锂、钠、钾)碳酸盐混合物为电解质，电极可采用非贵金属的镍质电极。阴极需有二氧化碳及氧气同时参与反应，运作原理如下图：
| （取材自http://americanhistory.si.edu/） |
阴 极： O2 + 2CO2 + 4e– → 2CO32-
阳 极： 2H2 + 2CO32- → 2CO2 + 2H2O + 4e–
总反应： O2 ＋ 2H2 → 2H2O
典型的输出功率介于75~250仟瓦。市面上已有使用多个发电单元结合的系统，发电量可达500万瓦。电转换效率颇高，在50~60%之范围，利用废热的联产设置可达到80~85%的转换效率。主要应用于联合回圈热电厂、电厂、船、铁路用车等系统之电力供应。
如同SOFC型电池， MCFC电池仰赖高温之特点使其燃料有多样的选择。市场上已有以氢气、一氧化碳、煤气、天燃气、丙烷、垃圾掩埋场沼气及海运用柴油等。具有余热利用价值高和电池构造材料价廉等诸多优点，为目前大型固定式绿色电站的主流。
但MCFC及SOFC皆有一些使用上的限制：(1)它们的启动较慢；(2)须有强固的热遮蔽设计；(3)耐高温材料制作不易。当前的MCFC发电装置的研发方向着重于缩小占地空间及降低成本，以及与燃气涡轮机的整合。
◎ 再生式燃料电池 (Regenerative Fuel Cells)
再生性燃料电池是一种新奇的闭回路循环的发电装置。将水电解技术(电能+2H2O→2H2+O2)与氢氧燃料电池技术(2H2+O2→H20+电能)相结合。利用太阳能或风力等自然能量所产生的电能将水予以电解，产生氢气与氧气。氢与氧再输送至燃料电池，便可产生电能、热能及水；水可再重新循环至电解机中，产生氢燃料，周而复始。
该技术目前仍值概念性设计，如NASA及世界各相关机构皆在研究中。示范例如本文开头的贴图所示。
◎ 锌空气燃料电池 (Zinc-Air Fuel Cells)
锌-空气燃料电池，简称ZAFC，是所有燃料电池中真正像电池的，因为它有个充电过程。ZAFC含有一个锌质阳极、一个称为气体扩散电极(gas diffusion electrode, GDE)的阴极，彼此之间由电解质来区隔；锌金属其实是燃料，空气中的氧气仍是氧化剂。
GDE实际上是一种隔膜，其作用是只让空气中的氧气透析过去。当氧与水在阴极形成氢氧基离子(OH-)后，OH离子便可经由电解质游向锌质阳极，并与锌发生氧化反应，形成氧化锌及水，反应式如下。这种过程可产生电动势(电压)，数个ZAFC串接在一起便能产生电力。
阴极 1/2O2 + H2O + 2e– → 2OH–
阳极 Zn + 2OH– → ZnO + H2O + 2e–
虽然ZAFC的反应过程与碱性燃料电池类似，但燃料的使用方确是迥异，表现出电池的特色。燃料锌金属一般以颗粒体储存于“燃料槽”中，并作为阳极。ZAFC还有一个锌再生机，默默而自动地将氧化锌还原为锌。在这个闭回路系统中，当锌发生氧化反应时，ZAFC可输出电能；当锌耗尽时，系统可设计成自动连接至外部电路，将反应逆转，把氧化锌再生成锌金属颗粒。再将反应逆转便可重新提供电力，其过程即类似电池须再充电的作法。
ZAFC技术的优势在于，上述的逆转反应只需耗时约5分钟便可完成。另一方面ZAFC具有高比能量(specific energy)的特点，表示其单位重量所能提供的电能高于一般的充电电池。ZAFC用于电动车辆，在市场上已证明确比配备充电电池的同重量车辆具有更长的续航力。
再者，锌在自然界的蕴藏量丰富，使ZAFC在价格上很有优势。除电动车外，其在消费性电子产品及军用品方面也很有潜力。
◎ 质子性陶瓷燃料电池 (Protonic Ceramic Fuel Cells)
PCFC是一种新型的燃料电池，以采用具有质子传导性的陶瓷材料为电解质，如BaCeO3等固态电解质。这种陶瓷材料在高温下便能展现良好的质子传导率。如同融熔碳酸盐型及固态氧化物型燃料电池，操作温度一般在700℃左右。它既分享了高操作温度之热力学及动力学方面的优势，又同时拥有质子交换聚合物电解质(PEM)及磷酸电解质(PAFC)等质子性传导的优点。
高温条件对于碳氢类燃料而言，是使它们能产出较高电能转换效率的必要条件。PCFC在高温下可将化石燃料以电化学作用直接在阳极氧化，如此省却了费用高昂的萃取氢气之转化制程。其反应方式类似于直接甲醇燃料电池：碳氢燃料分子与水蒸汽被吸附于阳极表面后，氢原子迅速被萃出并解离成质子及电子，亦生成二氧化碳；质子经陶瓷电解质输送至阴极与氧及电子结合生成水，电子流经外部电路便产生电力。
由于陶瓷电解质为固体，故没有PEM电解质须湿润及PAFC怕漏酸的问题。目前该技术仍值研发阶段，CoorsTek 公司是主要投入这方面研究的企业。http://www.coorstek.com/products/power.asp)
参考网页
http://fuelcells.sae.org/
http://www.fuelcells.org/
http://americanhistory.si.edu/fuelcells/basics.htm
http://www.nfcrc.uci.edu/fcresources/FCexplained/index.htm
http://www.china5e.com/second/cell/
(http://www.dajiyuan.com)
