主題：
提倡與發展新一代能源轉換技術，以代替現行的化學燃料和基於燃燒的能源系統，是緩解環境問題與實現可持續發展的必要條件。由於燃料電池具有高效率和低或零排放等固有優點，它成為了目前最引人注目的能源轉換技術之一。雖然氫氣是燃料電池應用中最潔淨和最高效的燃料，但是由於其生產、運輸、儲存仍存在很大的挑戰，氫燃料電池的大規模商業化受到限制。作為氫氣的理想替代品，富氫燃料液體甲醇具有多種優點，包括具有更高的能量密度、運輸方便和儲存簡單等等。基於上述原因，在過去十年，發展直接甲醇燃料電池(DMFC)的熱潮在全球掀起。

儘管如此，此類燃料電池在商業化的進程中遇到一個關鍵的難題─功率密度低。除緩慢的甲醇電化學氧化反應和甲醇滲透問題外，另外兩個極具挑戰性的難題也導致了傳統直接甲醇燃料電池的低功率密度。一個是電池本身不能妥善處理其運行過程中從陽極滲透到陰極的過量水份。另一個是傳統的電池設計會引起過多的熱量損失，從而導致電池操作溫度低。要解決這兩個難題，就需要對熱、水管理有足夠的重視。

採用的方法：
在這個項目中，我們著手解決上文提及的問題。首先，我們利用微機電系統技術設計了一個微型直接甲醇燃料電池原型。此微型直接甲醇燃料電池設計不但促進了陰極水的移除，而且使電池獲得更高的操作溫度。接著，我們開發了一個傳熱、傳質與電化學動力學耦合的理論模型，能夠為被動式直接甲醇燃料電池的設計與優化提供一套簡單而有效的工具。最後，我們在理論上和實驗上研究了此電池原型的傳熱、傳質特性。

趙天壽教授

主要發現和意義：
一種新型的燃料電池：我們研製出一種新型的直接甲醇燃料電池，它不需要液體泵和氣體壓縮機等設備。此被動式燃料電池能夠取得的最大功率密度達30mW/cm²，是公開資料報導中性能最高的。這項研究已經在Electrochemistry Communications發表，該期刊是燃料電池領域中最有聲望的期刊之一，而這篇文章更獲得了該期刊的引用次數最多獎。另外，由於此類直接甲醇燃料電池是一眾傳統電池替代品中最有競爭力的候選者，Fuel Cells Bulletin ─ 一個為世界燃料電池業界發佈最新的技術和商業信息的國際新聞通訊，以我們的研究作為專題文章報導。（ISSN1464-2859，2005年2月）

一種新的製氫技術：根據一貫的認識，直接甲醇燃料電池是一種產電的電化學設備。然而，最近我們發現，氫氣可以在直接燃料電池中自發產生。同時，我們提出了一套可以預測自析氫奇特現象的理論。這些工作已在頂級電化學期刊Electrochemical and Solid-State Letters上發表。這個發現引發一種新的製氫技術的發明，與傳統的甲醇重整製氫技術相比，該新技術不但可在室溫下完成製氫，而且不會產生一氧化碳的排放問題。另外，直接甲醇燃料電池中析氫現象的發現還引出了其他發明，例如一種嶄新的直接甲醇燃料電池激活方法(Electrochemical and Solid-State Letters 8 A549-A553，2005)、一種新的甲醇滲透率測量方法(Journal of The Electrochemical Society 152(11)A2238-A2245，2005)和一種準確的陰陽極電勢測量方法(Electrochemical and Solid-State Letters 8 A211-A214，2005)等。

趙天壽教授
香港科技大學
機械工程學系
metzhao@ust.hk