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普考申論題 106年 [化學工程] 工業化學概要

第 一 題

📖 題組:
燃料電池是一種經由氧化還原反應,把燃料中的化學能轉換成電能的發電裝置。
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

請標示出氫氧燃料電池的基本構造,說明各部分主要功能,並解釋其運作原理。(12 分)

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看到這題,首先應聯想氫氧燃料電池的三大核心元件:陽極(燃料極)、陰極(空氣極)與電解質(如質子交換膜),並釐清各自的作用與材料特性。接著,務必寫出兩極的氧化還原半反應式與全反應式,透過電子在外電路的流動與離子在電解質內的傳遞,完整建構出化學能轉換為電能的運作機制。

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【破題】氫氧燃料電池(Hydrogen-Oxygen Fuel Cell)是一種不經過燃燒,直接將氫氣(燃料)與氧氣(氧化劑)的化學能轉化為電能的電化學裝置。 【論述】 一、基本構造與各部分主要功能

小題 (二)

比起充電電池,燃料電池具有那些優點?(6 分)

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本題重點在於比較『發電裝置(燃料電池)』與『儲能裝置(充電電池)』的本質差異。解題時可從補充能源的速度(加氣 vs 充電時間)、續航能力(能量密度)、以及設備壽命(充放電循環衰退問題)三個維度進行條列式論述。

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【破題】 燃料電池本質上為「發電裝置」,而充電電池為「儲能裝置」,此根本差異使得燃料電池在操作連續性與能量密度上具備顯著優勢。 【論述】

小題 (三)

請說明燃料電池為何是清淨的能源。(6 分)

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看到此題,應直覺聯想氫燃料電池的化學反應式(2H₂ + O₂ → 2H₂O)。從「反應產物(零碳排/無空汙)」、「能量轉換機制(高效率/不受卡諾循環限制)」及「物理環境影響(無噪音)」三個維度進行條列式說明,即可條理分明地取得完整分數。

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【破題】 燃料電池被視為清淨能源,主因在於其發電原理是直接將化學能轉為電能,過程不涉及傳統燃燒,且對環境的物理及化學負擔極低。 【論述】

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