天工開源教具系統(tǒng)未來以氫能源循環(huán)的方式提供潔凈能源供人類使用

1、天工開源教具系統(tǒng)未來以氫能源循環(huán)的方式提供潔淨能源供人類使用，首先，由太陽能轉(zhuǎn)換成 電再進一步分解水成氧氣與氫氣，而氫氣經(jīng)過妥善的儲存與運送，最後用於燃料 電池發(fā)電，發(fā)電後的副產(chǎn)物水又再重新的回歸大地，這種毫無污染的能源供應方 式，可以使得能源生生不息，地球得以永續(xù)發(fā)展。光-電：即通過太陽電池直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苤绷麟?，太陽電池是半導體製作的元件，其發(fā)電原理是使太陽光照射在太陽光電池上，讓半導體材 料吸收0.22.4mm波長的太陽光，產(chǎn)生電子-電洞對。電子-電洞對因p-n 接面電場而分離形成光電壓，再經(jīng)由導線傳輸至負載使用。由於太陽電池 產(chǎn)生的電是直流電，因此假設需提供電力給家電用品或各

2、式電器則需加裝直 /交流轉(zhuǎn)換器，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，才能供電至家庭用電或工業(yè)用電。儲存氫：目前最新且具發(fā)展性的儲氫材料包括了石墨奈米纖維、奈米碳管、合金 粉末等等，利用這些材料吸附氫，儲於鋼瓶中，不但體積儲氫密度高、 不需要高壓容器和隔熱容器，且平安性高，增加了氫能的應用性。燃料電池：燃料電池與一般電池最大不同的地方，在於一般電池的反應物是存放在 電池內(nèi)部，而燃料電池的燃料則是從外面輸送進去的，只要一直供應燃 料，燃料電池即可持續(xù)發(fā)電功能。跟一般電池相似的地方，則是兩者的 裝置都有陰正、陽負兩個電極與電解質(zhì)，燃料電池中陽極的氫氣 失去電子產(chǎn)生氫離子，經(jīng)由電解質(zhì)移動到陰極與氧氣以及流回的電子反

3、 應形成水，並產(chǎn)生電力。此外反應假設要在室溫下進行，電極中還須有催 化劑，幫助加速氧化還原反應的進行。燃料電池因為電解質(zhì)的不同，而 有許多種不同的燃料電池。目前較具發(fā)展?jié)摿Φ娜N燃料電池有：質(zhì)子 交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池以及固態(tài)氧化物型燃料電池。*CKyflwnMAnode陽極反應式：2H2 4H* + 4e陰極反應式：02 + 4H+ + 4e- 2H2O全反應：2H2 + 02 2H2O+電力+廢熱氫能發(fā)電機教具系統(tǒng)燃料電池與內(nèi)燃機、發(fā)電機一般，屬於開放系統(tǒng)，在燃料電池運作的同時， 須有質(zhì)量、能量、動量進出燃料電池系統(tǒng)，以維持能源轉(zhuǎn)換。當燃料電池發(fā)電作 工時，需有燃料及氧化劑供應，

4、同時也會產(chǎn)生電力、水與熱。為了持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生 電力，系統(tǒng)必需要能穩(wěn)定地供應燃料及空氣外，還要能有效排放水分及廢熱，才 能使燃料電池穩(wěn)定發(fā)電。所以燃料電池系統(tǒng)除燃料電池組本體外，還要有燃料及 空氣供應、與水分及生成熱之平衡控制、電力轉(zhuǎn)換等各次系統(tǒng)互相搭配，才能維 持燃料電池系統(tǒng)動態(tài)與穩(wěn)態(tài)之正常運作。以下為本系統(tǒng)之運作控制流程：氫氣的來源是來自於低壓金屬儲氫罐，先經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥把壓力調(diào)整到約 10psi,再調(diào)整燃料電池反應所需的氣體流量進入燃料電池(在燃料電池的氫氣 出口端與入口端皆有壓力感知器以讓使用者知道壓力變化的情形)?？諝鈩t來自於鼓風機，空氣在進入燃料電池組前會先進行加濕後，在燃料電池組內(nèi)氫氣

5、和空 氣會進行電化學反應，電子自陽極流出至燃料電池外部電路，作工之後自陰極流 入燃料電池，氫質(zhì)子則移動至薄膜另一側(cè)的陰極 (H22H+ + 2e-);氧分子在陰極 還原氧離子，並與移動過來的氫質(zhì)子與燃料電池外部電路流入的電子相結(jié)合形成 水分子(1/2 02 + 2H+ + 2e H2 0)，此時在陰極會產(chǎn)生大量的水，同時在陽極 也會產(chǎn)生水逆滲透的反應，故陽極也會產(chǎn)生多餘的水，再藉由燃料的吹動和自動 洩氣以排除在燃料電池組內(nèi)的水份。此時，燃料電池產(chǎn)生的電可用來驅(qū)動小火車 的馬達及電子產(chǎn)品等，而且燃料電池組產(chǎn)生的水與熱，也會藉由導管把的引出 讓民衆(zhòng)感觸、體驗到整體零污染的發(fā)電過程(蕭德仁，民96)。所以本系統(tǒng)可分為：燃料電池組、燃料供應模組也就是供氫與供氣模組 加濕器、冷卻散熱模組及控制器等五大主要部份，並搭配多媒體動畫教學影片 及監(jiān)控實驗程式組合而成，其系統(tǒng)架構(gòu)外觀如圖 2 4。茲分別說 明如下：燃料電池木車馬教具系統(tǒng)木車馬：相傳是春秋戰(zhàn)國工匠魯班發(fā)明的奇器。魯班為其行動不便的母親所發(fā) 明，古書記載原由木頭人駕馭即可在無動力裝置下行走?，F(xiàn)代木車馬：由成功大學顏鴻森教授帶領(lǐng)研究群，成功復原古代文獻資料記載 具有真實馬匹行走步態(tài)功能的木車馬，材質(zhì)改用金屬並加上電池馬達， 而優(yōu)雅的