之前分享过的文章「效率升级：金属无轴封磁力泵浦在加氢站应用的5大优势」当中，我们一起了解了氢能车的优势和加氢站的重要性。今天，我们要进一步探讨「氢能车」的核心——燃料电池。究竟燃料电池如何将氢气转化为动力？它在环保和效率上又有什么特别之处？
透过揭开这些问题的答案，带您全面认识燃料电如何为氢能车的未来奠定基石，以及一个安全高效的燃料电池生产系统，所需的关键设备为何。
燃料电池是什么？
燃料电池是一种能源转换的发电装置，它将氢气（或其他燃料）与氧气进行化学反应，透过化学能直接转换为电能，其能源转换效率可达60%以上。
燃料电池和传统电池最大的差异在于，传统电池的能量是储存在电池内部的，用完后就必须更换或充电。而燃料电池则需要持续供应燃料（常见为氢气）和氧化剂（常见为氧气），只要燃料和氧化剂不断供应，燃料电池就能持续产生电能，做为各项设备的电力供应来源。
燃料电池的工作原理
燃料电池的工作原理其实就是利用电解水的逆反应。首先，我们要了解什么是电解水。
电解水反应：让电流通过水，水就会分解为氢气和氧气。
💧水+电=氢+氧
电解水的逆反应：也就是上述公式反过来，将氢气和氧气做混合。当氢气和氧气分别通入燃料电池的两个电极时，氧气会与氢离子结合生成水。这个过程中产生的电子会在外部电路中形成电流，从而产生电能。
💭氢+氧=水+电
由上方公式与示意图可以得知，燃料电池的发电过程中所排放的产物为水，对环境不会造成任何污染。传统燃烧方式会产生二氧化碳等有害的废弃物，进而带来大气污染的问题，也可透过燃料电池的取代来解决。尤其现今对于减少碳排放的需求日益增长，燃料电池应用的重要性也逐渐提升。
燃料电池的种类
理解燃料电池发电的概念后，其实燃料电池也分为相当多种类型，依据特定的应用需求而生。其中最常见的包括质子交换膜燃料电池 (PEMFC)、碱性燃料电池 (AFC)、磷酸燃料电池 (PAFC)、溶融碳酸盐燃料电池 (MCFC) 和固体氧化物燃料电池 (SOFC)。
氢能车的发电系统主要使用质子交换膜燃料电池 (PEMFC)，也是最为广泛使用的。以下介绍其运作原理。
质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 运作原理示意图：
此类型的燃料电池使用质子交换膜作为电解质，适合在低温下操作（约60-80°C）。同时具有可快速启动、设计简单且适应性多元的特点，在氢能车、可携式发电装置和家用发电设备中已被广泛应用。
氢燃料电池用无轴封磁力泵浦
燃料电池在产生电流和水的反应过程中，同时会产生热，然而燃料电池堆的温度若过高，将影响其运行效率。因此在完整的燃料电池设备中，必须有完善的冷却系统和热回收系统，来稳定维持燃料电池堆的温度范围。
冷却系统中要有流动的冷却液来带走废热，这部分需由可靠的泵浦输送，进行冷却液的循环。冷却液循环泵浦，适合使用PTCXPUMP金属无轴封磁力泵浦，无泄漏设计，可避免冷却液的损失；另外提供大流量、高扬程的规格，是冷却系统所需的最佳泵浦。
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氢能车的发电核心：燃料电池
氢能车系统中，燃料电池是其核心发电装置。燃料电池能够稳定输出电能，保证车辆的续航力。相比于传统的内燃机引擎车，氢燃料电池车完全没有尾气排放，且运行效率较高，具有更高的环保性。燃料电池的应用，无非是氢能车实现零排放目标的一大助力。
氢燃料电池的优势
- 即时发电：氢燃料电池只要有燃料（氢气和氧气）就可以随时发电，不需要像蓄电池一样预先充电，具备即时供电的优势。
- 高能量密度：燃料电池具有高能量密度，可在相对较小的空间内供应更多的能量。
- 环保零污染：氢燃料电池在运行过程中仅排放水，且几乎接近静音运作，不会产生空气及噪音污染，符合全球节能减碳的趋势。
燃料电池应用之多样性与前景
燃料电池除了应用在我们熟悉的氢能车系统，还有一些常见的应用范围：
- 交通工具：公车、火车、船舶、潜水艇等。
- 太空装置：相较于传统电池，燃料电池能提供更高的能量密度，加上其不仅提供电力，还产生可供太空人饮用的水，适合在空间有限的太空梭和太空站里做有效的资源使用。
- 备用电源：燃料电池可作为备用电源，供应通讯基地台、数据中心等，当紧急事故发生时，仍有电力可及时备援。
- 分散式电源：燃料电池还能应用于偏远地区的防灾型微电网、社区住宅的储能系统，或是交通号志等设施中。
目前针对氢燃料电池车或其他大型发电设备领域，燃料电池技术正逐渐成熟，商业化生产也代表其需求正在增长，未来新能源的普及有望改善空污及温室效应问题。
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