2007年5月17日 星期四

燃料電池頗具應用潛力 廠商以技術為競爭前提

上網時間 : 2007年05月11日

工研院IEK針對直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell,DMFC)市場概況發表研究報告指出,雖然直接甲醇燃料電池具有很高的能量密度,未來應用潛力頗受看好,但現階段仍無法取代鋰電池在4C產品的應用,主要在於其昂貴價格難以與目前廣泛應用的二次電池匹敵。

IEK產業分析師尤如瑾表示,半導體產業界的摩爾定律(Moore’s Law)說每1.5~2年半導體效能會增加1倍,而近年電池技術每年僅提升約9%,預期手機等可攜式電子產品之電力消耗將大幅躍進,而鋰離子電池性能之同步突破有其理論限制,使得電子產品的能源供需之間將產生很大落差;而直接甲醇燃料電池之能源密度可超過1,000Wh/kg,為日後高效能可攜式電源帶來解決方案。
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現階段可攜式燃料電池係以DMFC技術為主,應用於4C產品以日、韓電子業者最為活躍,而美國可攜式燃料電池廠商則多以軍事用途為初期應用市場。尤如瑾指出,DMFC系統可分成四大部份,其一為燃料電池本體(由數片Fuel Cell堆疊成Stack),其二為週邊設備(主要構成元件為:負責甲醇燃料輸送之Pump,和控制氧氣、CO2、熱氣進出之Fan、Blower,及監控甲醇濃度之感測器…等燃料供應與水、熱管理元件)。

其三為電能控制系統(包含電力轉換、能源管理控制、溼度控制、負載控制元件等),其四為燃料供應系統(主要構成元件為甲醇燃料罐及純水罐)。

目前DMFC系統成本中,Stack本體約佔7~80%,其中最關鍵之零件為MEA (包括氣體擴散層GDL、Membrane、Electrodes),費用即佔約Stack成本1/2,而MEA成本中約有七成是來自於電極層的貴金屬觸媒材料。尤如瑾表示,由於直接甲醇燃料電池系統之運作牽涉許多材料及週邊零組件,上中下游相關產業自燃料供應至系統應用,涵蓋範圍相當廣泛,目前產業供應鏈之重要參與廠商,請參考下表(點選可看放大圖)。

尤如瑾並指出,在4C用DMFC產品尚未商品化之前,電池堆或電池組(Stack)之上游材料及關鍵元件為市場先驅,因為其對直接甲醇燃料電池之燃料效率及能量密度有很大的影響,因此在整個燃料電池產業佔有舉足輕重地位,為目前產業主要獲利來源。

以功能猶如燃料電池系統CPU之MEA而言,其產品毛利可高於50%,因此吸引許多歐美日專業材料廠商投入此一領域;但由於下游應用市場規模尚小,近年廠商間之購併活動亦時有所聞。由於市場進入障礙相對較高,現階段燃料電池上游關鍵材料及元件掌握在少數國際大廠如Johnson Matthy、Dupont、Toray等手中,因此屬於寡佔市場結構。而若單就Nafion embrane市場而言,Dupont則享有高額的獨佔利潤。

尤如瑾表示,雖然目前燃料電池產業上游供應鏈呈現寡佔局面,但廠商間並非以價格競爭為手段,而是透過創新研發使自家產品技術提升,以符合不斷變化的可攜式消費性電子產品需求。

雖然直接甲醇燃料電池具有很高的能量密度,但現階段仍無法取代鋰電池在4C產品的應用,主要原因除燃料電池之購置成本昂貴、消費者不易放棄幾乎可免費充電之二次電池而花錢去購買燃料補充盒等不利因素外,燃料電池無法立即增加Feed-in燃料量以對應尖峰負載的電力需求變化,也是個問題。

此外在低溫(0℃以下)環境下燃料電池無法起動時,必須藉助電池作為主電源。因此,4C燃料電池初導入商品化階段,將會是與鋰電池共同搭配的混成系統(Hybrid System),由鋰電池支援尖峰用電需求,而燃料電池供應其他連續用電;或是當電源插座無法使用時,燃料電池可擔任如同AC Adaptor或電池充電器功能。

尤如瑾說明,也就是說在一開始的階段,燃料電池與鋰電池將為互補品,而非替代性產品。未來,等到燃料電池技術更加成熟後,單純的燃料電池系統才可整合於4C產品內,並完全由其供應4C系統電力。預期2010年起,燃料電池獨力供應4C電源之產品才會有顯著發展。


DMFC產業供應鏈廠商

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