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燃料電池的分類大致上是以電解質、觸媒和操作溫度的不同來區分。研發者可以應用範圍之不同來選擇所適合的燃料電池系統。目前燃料電池學界大致將燃料電池區分為下列幾種: 鹼性燃料電池(AFC), 融熔碳酸鹽燃料電池 (MCFC), 磷酸燃料電池(PAFC), 高分子電解質燃料電池 (PEMFC), 直接甲醇燃料電池(DMFC) 和 固態氧化物燃料電池 (SOFC).
不同燃料電池種類與其應用範圍
高分子電解質燃料電池 (PEMFC: Proton Exchange Membrane
Fuel Cells)
PEMFC以固體聚合物為電解質，白金為觸媒，氫氣為燃料、空氣或純氧氣為氧化劑的燃料電池。它的優點為可在室溫至80℃間快速啟動。PEMFC目前主要發展限制在儲氫設備開發及相關運輸建設尚未普及的議題上。
直接甲醇燃料電池 (DMFC: Direct Methanol Fuel Cells)
DMFC也屬於高分子電解質燃料電池的一種，由於使用甲醇直接做為燃料，因此又稱為直接進料燃料電池。甲醇具有低單價，容易運送及儲存的優勢。除此之外，相較於其他重組燃料電池高操作溫度，直接甲醇燃料電池系統省卻了重組器的成本，又可在80℃以下室溫操作。低溫及較高的安全性讓直接甲醇燃料電池系統成為可攜式應用的首選。
鹼性燃料電池 (AFC: Alkaline Fuel Cells)
AFC是最早被開發的燃料電池系統。它的電解質是由氫氧化鉀所構成。其優點在於可使用非白金等貴金屬作為觸媒，如硼化鎳等。AFC的缺點在於空氣中的二氧化碳會使其電解質產生毒化現象，因此必須去除空氣中二氧化碳才可運作，而此環結大幅增加了設計成本及複雜性。AFC目前主要被應用於航太科技上。
固態氧化物燃料電池 (SOFC: Solid Oxide Fuel Cells)
與其他燃料電池不同，SOFC所有部份皆由固態物質所組成。它的電解質主要是由固態陶瓷材料二氧化鋯所構成。SOFC的系統操作溫度介於600ºC~1000ºC間，高操作溫度使其目前應用範圍侷限在25KW到100KW間的定置型發電系統。
磷酸燃料電池 (PAFC: Phosphoric Acid Fuel Cells)
PAFC是以磷酸作為電解質材料的燃料電池。PAFC與PEMFC運作方式類似，也同樣以白金作為觸媒，不同之處在於它對於氣體純度要求較低，而在熱回收與能量效率上也有較好的表現。但由於大且重的體積重量與極高的成本使它目前的應用仍限制在發電廠系統上。
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