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2007年08月08日 星期三

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2007年07月27日

作者＼ 籃貫銘

| 台灣可攜式燃料電池的發展現況與市場挑戰 |

第一個燃料電池的誕生，可追溯至1839年時英國法官和科學家William Robert Grove爵士所發明的電解系統開始，這個裝置透過電解過程逆轉的方式產生了電能，而這便是現在我們稱為燃料電池的第一個裝置，距今168年。在這接近兩世紀的時間裡，燃料電池的技術有了相當程度的進步，不僅在電能轉換的效率上有大幅的提升，其科學材料和製造技術也都漸趨成熟，應用的領域也逐漸從中大型的專用發電機組轉向小型可攜的方向發展。而本文即針此發展趨勢做報導，一探台灣目前小型可攜式的微型燃料電池發展現況，並記述台灣在此領域的市場契機與發展困難。

近年來，由於環保意識漸趨主流，加上傳統石化能源已面臨短缺的局面，因此具有可再生性與低污染優勢的「再生能源」便因應而起，成為主流能源之外的第二選擇，以解決當前日趨嚴重的環境污染問題，並降低因能源短缺所造成生產成本提高的情形。而在眾多再生能源中，燃料電池因具有低環境因素與便於攜帶的優勢，成為再生能源裡應用最廣泛的能源之一。

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台灣可攜式型燃料電池的發展現況

以3C消費性裝置為主要目標市場

目前市場上的燃料電池種類甚多，應用的領域也有所區別。以小型燃料電池來說，通常指的是發電效能在1kw以下的燃料電池，其應用的領域涵蓋甚廣，從攜帶型的發電機組、交通工具的電源系統，到一般個人使用的消費性電子裝置的充電設備皆可適用。而在消費性電子應用領域上，由於個人用的行動電子裝置數量眾多，幾乎每個人都會同時攜帶如手機、PDA、筆記型電腦及可攜式媒體播放器等，至少3至5個電子裝置外出，因此該領域成為可攜式微型燃料電池目前積極主攻的目標市場。

《圖一　利用可攜式燃料電池系統運作的PSP遊戲機》

專門提供直接甲醇燃料電池（DMFC）解決方案並致力於模組零組件化的勝光科技（Antig）就認為，燃料電池一定要走向消費性市場，則整體的產業鏈才會出現，否則燃料電池就只會停留在特殊的高階應用上，整體成本將不會下降。勝光科技事業發展副總麥伯恩（Brent McKendry）表示，勝光科技主要目標是低電力（Low Power）應用的市場以及部分的中電力（Mid Power）市場。他指出，低電力市場的電壓需求通常都在150w以下，也就是以消費性電子（Consumer）為主的市場，如筆記型電腦（Laptop）、PDA等；而中電力則是以替代電池為目的，如UPS、小型發電機等。

麥伯恩進一步說明，他表示，勝光科技要做的是大量應用的市場（Mass Market），不是要針對金字塔頂端的小眾需求。他認為，多數的消費性裝置因可攜的特性都會有電源的問題，尤其當人們外出的時候，這個問題更會被彰顯，而燃料電池正好可以解決這個問題。他也以數位單眼相機為例表示，假設一個攝影任務需要在郊外進行，且工作的時間長達數小時，此時便很適合使用燃料電池來進行供電。「也許這樣的應用數位相機廠就有意願採用。」他說道。

《圖二　勝光科技事業發展副總麥伯恩（Brent McKendry）認為，可攜式消費性電子都會有電源的問題，尤其外出的時候，這個問題更會被彰顯，而燃料電池正好可以解決這個問題。》

甫於今年6月中旬成立的生態電能股份有限公司，為PC散熱模組大廠奇鋐科技所轉投資，是專門提供微型燃料電池週便設備（BOP）解決方案的零組件商。生態電能同樣也看好燃料電池在商業市場（commercial）的發展空間，執行長陳建安表示，生態電能主攻的市場也是消費性電子。他指出，相較於歐美，亞洲的燃料電池市場比較朝向商業市場發展。尤其是日本及韓國，很早就已經著手設計消費性電子用的燃料電池，且有相關的原型展出。台灣必定也要朝向消費性領域發展，這也是台灣的優勢所在。同時他也認為，台灣比日、韓更有機會在此一市場勝出。

DMFC技術為發展主流

燃料電池的發電技術種類甚多，針對的市場也有所差異。以目前小型可攜的應用領域來看，則以直接甲醇燃料電池（DMFC）、質子交換膜燃料電池（PEMFC）及微型甲醇重組燃料電池（RMFC）三種燃料電池為多，其中DMFC技術為目前台灣主流的燃料電池技術。

《圖三　台灣自製3.5W的DMFC可攜式燃料電池原型，將於2008年量產上市。》

生態電能執行長陳建安表示，當初生態電能決定投入燃料電池市場時，曾對許多的燃料電池技術進行評估，最後決定發展DMFC技術。他表示，因為DMFC的工作溫度低，相對的安全性就高，因此適合用在可攜式的應用上，尤其是3C消費性電子。而自2002年便著手於DMFC技術開發的核能研究所直接甲醇燃料電池系統整合計畫主持人陳長盈博士也表示，DMFC具有三個優點，第一、操作溫度低，第二、液態燃料，能量密度高，第三、啟動速度快。

《圖四生態電能執行長陳建安表示，DMFC的工作溫度低，相對的安全性就高，適合用在可攜式的應用上》

陳博士進一步解釋道，DMFC技術最大的優點就是能量密度高，相對於使用氫氣的燃料電池來說，DMFC並不需要攜帶鋼瓶來進行燃料補充，僅需要攜帶少量的甲醇即可，這對商業化來說是個重要的因素。過去使用氫氣的燃料電池便是因為燃料攜帶的問題而限制了商業化的發展。再者，使用液態燃料也有助於基礎建設的佈設，他表示，日後若燃料電池產業成型，則使用液態燃料的相關基礎建設會比使用氣體的基礎建設容易達成。

《圖五　核能研究所直接甲醇燃料電池系統整合計畫主持人陳長盈博士表示，DMFC具有操作溫度低、液態燃料能量密度高、啟動速度快等優點。》

而除了DMFC蔚為主流外，使用甲醇重組技術的RMFC也在近幾年開始受到重視。RMFC與DMFC同樣是使用甲醇為燃料，但RMFC會先行將甲醇分解為氫氣，再以氫氣來進行電能反應，因此其核心的反應元件還是以質子交換膜燃料電池（PEMFC）為主。與DMFC相比，RMFC具有更高的工作溫度，因此所產生的電能更高，所能應用的領域也更廣。但由於工作溫度高的問題，因此也在小型化的過程中具有一定的困難存在，若日後能突破此一障礙，則RMFC技術也有大規模進入消費性市場的機會。

脫離元件開發進入系統整合階段

核能研究所自2002年便開始DMFC燃料電池相關的研發工作，成立初期以研發MEA製程為主，第二階段為建立DMFC堆疊電池組的技術，目前已進入第三階段系統整合期，已完成16-cell至25-cell堆疊電池組，並在今年推出40 W的可攜式DMFC電源供應系統。陳長盈博士表示，目前核研所已經進入了系統整合期，也就是將幾個燃料電池主要的核心元件，如MEA、DMFC電池堆疊組等做整合，做出完整的燃料電池系統。他表示，以進度來看，目前系統整合期已算是初步完成了。

《圖六　核能研究所今年所推出40 W的可攜式DMFC電源供應系統。》

相同的進度也出現在其他的燃料電池廠商上。勝光科技自2003年成立之後，便開始積極的推動台灣燃料電池零組件供應鏈成形，除了自行研發PCB製程的發電模組外，也與台灣幾家的零組件提供商合作，推出完整的系統產品。而其與奇鋐、思博科技合作的第一個小型燃料電池系統「Begini」已完成了工程樣品，並預計在今年底量產上市，未來將交由奇鋐掛名銷售。勝光科技事業發展副總麥博恩表示，勝光科技在03-04年間主要的工作內容為推動供應鏈產生，並在05年推出一個內嵌的NB用的燃料電池原型，接下來幾年將會更積極的與系統商合作，推出燃料電池系統。

除了勝光科技所設計的「Begini」之外，近年來積極跨足燃料電池市場的中強光電也已有筆記型電腦專用的燃料電池系統產品推出，據中強科技表示，該產品最快也會在2008年量產推出。而為奇鋐提供BOP解決方案的生態電能也透露，除了「Begini」的推出外，未來還會有專門以手機為目標市場的燃料電池系統推出，目前已有原型的版本，同樣也預計在2008年正式上市。

《圖七　中強光電所研發的筆記型電腦專用的燃料電池系統產品》

採用開放性的研發架構

相較於國外燃料電池封閉的研發環境來說，台灣的燃料電池則屬於開放性的研發架構，不僅招募各家零組件廠投入共同合作，同時也歡迎同領域的業者加入競爭。一手倡導此開放架構成型的勝光科技就表示，採用開放性架構才能真正達到降低製造成本的目的。勝光科技事業發展副總麥伯恩指出，勝光科技所針對的是大量的市場，是數萬件出貨量，而不是幾十件的小市場。因此需要多數人共同投入，讓這個市場早日成型，而不是像日、韓關起門來自己做。他表示，使用封閉方式的成功機率相對而言較小，而且成本也不容易壓低。他也以台灣PC市場為例指出，台灣的PC市場之所以成功，便是採用開放性架構。

開放性的架構可以加速產品研發上市的時程。他舉「Begini」為例表示，該系統便是結合了勝光、奇鋐、思柏等三家之力所共同研發而成。該系統由勝光提供Stack、奇鋐設計BOP、思柏則負責EMS的處理，僅用2年半不到的時間便有成果發表，最重要的是成本比單獨研發要低很多。「若日後有廠商能夠提供更低價的解決方案，我們也歡迎他加入。」陳建安說道。

《圖八　思柏科技總經理吳靜逸表示，非常歡迎相關的零組件廠商投入，尤其是類比訊號設計及電源管理的晶片設計商。》

專門提供燃料電池EMS及感測器(Sensor)解決方案的思柏科技也對採行開放性架構的研發策略表示認同，思柏科技總經理吳靜逸表示，思柏非常歡迎相關的零組件廠商投入，尤其是類比訊號設計及電源管理的晶片設計商。他指出，未來燃料電池產業開始大量成長時，相關的零組件需求也會增加，屆時單一的廠商並無法負擔整個系統的零件設計，尤其是IC設計這個領域。他也表示，未來思柏將會專注在控制IC及感測器的提供，將類比訊號與電源控制的部份交由相關的廠商負責。

台灣可攜式型燃料電池的發展挑戰

關鍵MEA材料仍為國外掌控

DMFC燃料電池最關鍵的零組件便是膜電極組（MEA），其重要性與人體的心臟等同，為決定燃料電池發電性能的核心元件。目前MEA的成本依然非常吃重，幾乎佔整個燃料電池系統的六成左右，因此如何掌握並降低MEA的製作成本便成為燃料電池能否大量進入市場的關鍵問題。

《圖九　勝光科技所研發的PCB燃料電池模組，其中MEA材料佔了將近6成的成本。》

核研所陳長盈博士表示，核能所最早便是從事MEA的開發，但主要的研發內容為塗佈技術的改良，所使用的MEA材料仍是由國外進口。主要的原因是目前台灣並沒有廠商在從事MEA材料的製造，雖然有少數的台灣廠商嘗試自製，但仍是在實驗階段，且價格跟成本與國外仍有差距。陳博士表示：「MEA材料要自製有一定的困難存在。」他指出，國外的大廠，如杜邦等，在MEA材料的製造上已相當成熟，是國際的知名品牌，台灣廠商很難與之競爭。就算日後台灣擁有自製的能力，也勢必會面臨品牌競爭的問題。

勝光科技事業發展副總麥博恩也表示，目前MEA的成本仍很難降低，除了須仰賴進口的問題外，最主要的原因是市場仍未形。他指出，因為產量沒有出來，便很難跟上游廠商談優惠，若將來全球的市場已有一定的規模，相信MEA價格也會開始下降。勝光科技副總經理鄭志誠則表示，目前燃料電池的零組件自製率為70%，日後將會提高至90%以上，但MEA則仍須仰賴進口。

特殊零組件不易取得且價格偏高

由於燃料電池屬新興產品，且並未有固定且通用的零組件規格，必須因應系統設計來做專用的開發，因此也造成零組件成本高居不下。在DMFC燃料電池系統架構內，除了MEA之外，周邊設備（BOP）和甲醇燃料盒 (Cartridge)等的內部零組件組皆屬於特殊應用元件，必須另外開發，因此在製造上也相對困難。

《圖十　思柏科技所設計的控制電路，其所對應的許多零組件皆須另行設計生產。》

工研院工業材料研究所研究主任賴秋助表示，因為市場還未出現大規模的成長，因此許多零組件只能進行小量的生產，相對而言，成本就高。加上許多廠商都對燃料電池的發展持觀望態度，因此也不願意貿然開模進行生產。他以負責燃料輸送的零組件幫浦（Pump）為例表示，當初在設計BOP系統時，也針對Pump的廠商進行過訪查，但廠商的反應都不積極，而燃料電池在微型化的過程中，Pump的縮小也是非常關鍵的問題，因此發展便受到限制。

生態電能執行長陳建安表示，台灣的技術一直都不是問題，重點是在零組件的取得以及成本的考量上。「這也是為何要採用開放性架構的理由，因為越多的零組件廠商投入，這個市場成功的機會就越大」陳建安強調。

市場仍未明朗系統廠態度保守

近來年，雖然投入燃料電池相關領域研發的廠商及研究單位已有一定數量的成長，但整體而言，發展的速度仍舊緩慢，主要的原因是大家對市場仍持觀望的態度。不久前才參與過日本燃料電池展覽會的陳長盈博士就表示，根據他的觀察，日本燃料電池產業的研發腳步有出現「放慢」的狀況。他認為有兩個可能，一者是最後的成品即將上市；再者為研發過程出現問題，而他認為後者的可能居多。他也指出，日本所遭遇的問題有可能是製造成本過高以及錯估市場發展。

工研院工業材料研究所研究主任賴秋助也表示，燃料電池的普及仍有一段路要走，尤其是落實到一般消費者階層，還需要相當的時間來發展。他認為關鍵是在系統廠身上，他指出，由於系統廠所針對的為一般消費者，因此必須系統廠接受了燃料電池的應用後，才有可能推廣至一般消費者。但他也表示，雖然目前多數的系統廠都已經著手燃料電池的研究，但態度並不積極，僅僅是以研究的角度在處理，並未有商業化的考量。

《圖十一　核研所自製的手機用DMFC燃料電池充電器，將針對行動工作者提供備用電力。》

一直看好燃料電池市場發展的勝光科技也無法預估大量市場何時會出現，事業發展副總麥博恩表示，真正的大量市場何時會出現他並不知道，但他認為也許在2010年會有初步的規模出現。他指出，2008年會是關鍵的一年，因為首波的產品會在今年面市。同時他也透露，勝光目前正與系統商積極的進行合作，最快將在這一兩年有成果發表。

終端消費者對燃料電池不熟悉

勝光科技事業發展副總麥伯恩表示，目前燃料電池發展的一個關鍵問題就是消市場對於燃料電池仍不熟悉，甚至還有許多人連燃料電池是什麼都沒聽過。他指出，「教育市場」便是一個很重要的作為。這並不是勝光科技單獨可以勝任的事，還需要更多的協力廠商一同共襄盛舉。

需與其它能源解決方案相抗衡

不單是燃料電池自身技術的發展外，燃料電池也必須與其它的能源解決方案相較，否則難以進入主流市場。核研所陳長盈博士表示，燃料電池面臨的另一個問題便是其他省能方案的挑戰。以現行的鋰電池來說，其節電技術不斷的提升，使用的時間越來越長，因此燃料電池就很難有切入的機會，加上若成本不能具有優勢，那市場成功的機會就不大。他也以英特爾為例指出，英特爾目前正積極推動省能計畫，包含45奈米等措施，都會延後燃料電池進入市場的時機。

台灣可攜式型燃料電池的市場契機

產業結構完整零組件開發快速

台灣早期從事電腦組裝和零組件的代工生產，已擁有一定程度的零組件開發能力，加上近年晶圓與IC設計產業高度成熟後，台灣已具備了完整的電子零組件供應鏈，因此若要選擇一地來進行燃料電池零組件的開發，則台灣是最好的選擇。

《圖十二　勝光科技行銷副理蔡舒薇說道表示，台灣具備良好的零組件供應能力，適合使用開放式的方式進行。》

勝光科技行銷副理蔡舒薇說道：「這就是台灣最具優勢的地方」她表示，當初會選擇開放性架構來進行燃料電池的研發，便是看好台灣在零組件上的供應能力，而且台灣也適合使用開放式的方式進行。她指出，由於台灣的廠商幾乎都是中小型的企業，並沒有如三星或新力這般大規模的公司，因此無法由一家或二家公司單獨來進行燃料電池的製造，最好的方式就是把產品拆開來做。再者，台灣在零組件的製造能力是很強的，可以很快就找到適合的供應商。

具成本優勢量產能力高

「假若燃料電池的問題是在於價格的話，那麼對台灣來說就是個機會。」陳長盈說道。他表示，台灣在低價化的能力是很強的，只要把握住這個切入點，那麼將來就會有一番作為。工研院賴秋助主任也同樣認為台灣在低價化的確具有優勢，他笑著說：「台灣最厲害的一點就是把東西做便宜。無論什麼東西交給台灣來做，都可以砍掉一半，甚至三分之二的成本，這對產品要進入市場是非常重要的關鍵。」

思柏科技總經理吳靜逸也指出，台灣在價格上的競爭力是很強的，只要有市場，技術都不是問題。他也以自有的解決方案為例表示，目前思柏是世界上唯一能同時提供DMFC的水位感測計與甲醇濃度計的公司，而且所使用的材料也是世界最便宜的。

使用開放架構有利競逐標準制定

目前燃料電池仍屬於實驗性開發階段的產業，未有全球化的共通標準出現，僅少數幾家公司自行著手研發提供，並未有大規模的量產出現。而台灣由於採行開放性架構的方式，由零組件端切入，因此相當有機會造成大規模的市場，進而成為DMFC燃料電池零組件標準的製定者。

《圖十三　勝光科技將模組零組件化便是希望能帶起標準的制定。》

「這可能是台灣首次有機會在標準制定上獲得主動權。」勝光科技行銷副理蔡舒薇說道。她指出，包含英特爾在內，都對燃料電池的應用開始有積極動作。英特爾已成立了一個行動電腦電池壽命延長計畫工作小組（Mobile PC Extended Battery Life (EBL) Working Group），對如何延長行動電腦的使用時間進行研究，其中燃料電池便是一項重點項目，而勝光科技便是其中一個會員。

而在台灣，由勝光科技主導的開放性架構工作小組目前已有24家國內外廠商加入，並積極在DMFC燃料電池的專利佈局上做努力。

尋求早期立基市場擴大應用範圍

由於台灣地小人稠，人口的聚集密度很高，相對的，各項基礎建設（如水電等）的取用性也很高，因此使用可攜式燃料電池的機會相對就低。但由於目前可攜式的電子裝置甚多，加上每一種裝置都使用各自的充電規格，因此造成行動工作者在進行充電時的困擾，必須攜帶各式充電設備才能因應，而這便是目前可攜式燃料電池最好的切入點。

生態電能執行長陳建安表示，此時若能提供一個單一的行動充電裝置給各項行動電子設備進行充電，相信將能解決多數人的需求。核研所陳長盈博士也表示，要一開始就跨入大規模的消費性市場並不容易，先期應該先從訴求備用電源及充電裝置開始切入，尋求早期的立基市場，日後再因應需求進行擴大。

《圖十四　勝光與奇鋐、生態電能、思博科技合作的小型燃料電池系統「Begini」已完成了工程樣品，並預計在今年底量產上市。》

結論

在環境保護與尋求替代能源的呼喊中，燃料電池應聲而起，成為目前能源市場閃耀的新星。但在眾家廠商積極推廣的狀況下，面臨的困難依舊很多，其中最大的問題就是市場的接受度依然很低，多數的人連燃料電池是什麼都不知道，因此在推廣上就非常困難。工研院賴秋助主任就表示，對人們來說環保跟能源的議題太大，也離的太遠，因此最好的方式是告訴他們燃料電池很方便，是一種不一樣的電池，這樣進入市場的機會才大。

陳長盈博士也表示，事實上推動燃料電池的意義不大，只是一種手段而已，真正的目的是要促成氫能產業成型，真正的把當前的環境問題和能源問題解決。而要促成這個產業成型，最好的方式便是把燃料電池帶進使用者身上，讓這個需求逐漸成長。而台灣由於自身優勢的因素，將非常有機會在全球的氫能源上佔有舉足輕重的地位。

勝光科技事業發展副總麥伯恩笑著說：「我們的希望就是大家的希望」。他非常希望能見到燃料電池市場能真正發展。

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