教育部补助技专校院发展学校重点特色专案计画九十八具体计画书

教育部補助技專校院發展學校重點特色專案計畫九十八年度具體計畫書太陽能/燃料電池車材料研發、系統整合暨人才培育計畫Studyonthesolar/fuelcellvehiclesmaterials,systemsintegrationplansandcultivatingtalents全程計畫：自民國97年01月至民國99年12月止本年度計畫：自民國98年01月至民國98年12月止執行學校名稱:南台科技大學計畫撰寫日期:民國97年12月II目錄頁次圖目錄III表目錄IV（一）計畫基本資料表1（二）整體計畫執行內容摘要3（三）本年度計畫執行內容摘要4（四）計畫目標（發展重點項目）5（五）背景及現況（含與產業發展及校務發展計畫重點）7（六）具體內容及配套措施9一、具體內容9（子計畫1）燃料電池材料之研發9（子計畫2）太陽能電池元件之製作與應用人才培育14（子計畫3）太陽能燃料電池車製作15二、配套措施191.本校現況192.現有設施193.未來設施規劃214.課程規劃245.使用與管理規劃25（七）實施進度及分工26（八）經費需求及行政支援30（九）預期成效及影響37（十）觀摩活動規劃39（十一）近3年重點特色補助計畫之執行成效及特色（含計畫名稱、補助年度、補助金額、計畫執行成效、計畫特色等）41III圖目錄頁次圖一：質子交換膜燃料電池（PEMFC）9圖二：PEMFC單電池截面示意圖。9圖三：燃料電池目標與具體研究內容10圖四：PBI聚合的反應路徑11圖五：MchaelFalk所提出的團聚（cluster）理論11圖六：(a)clustermodel;(b)高分子材料與水分子關係圖12圖七：觸媒層構造之簡示圖12圖八：多孔TiO2的示意圖12圖九：分項計畫5實驗流程與架構13圖十：NASA之太陽能飛機構圖13圖十一：智慧型節能電控模組架構16IV表目錄頁次表一：觸媒層粉末合成方法與觸媒粒徑11表二：化材系現有材料分析相關設備19表三：光電系現有相關設備20表四：機械系動力系統實驗室現有相關設備20表五：子計畫1未來擬採購的新設備21表六：子計畫2未來擬採購的新設備21表七：子計畫3未來擬採購的新設備22表八：新的能源電池材料學程24表九：子計畫1第一年工作進度甘梯圖26表十：子計畫2第一年度工作進度甘梯圖27表十一：子計畫3第一年度工作進度甘梯圖28表十二：子計畫1之經費需求29表十三：子計畫2之經費需求32表十四：子計畫3之經費需求351(一)計畫基本資料表計畫型態■校內整合型□校際合作型計畫歸屬□新申請案■延續案計畫領域□政策型：（）■特色型：（綠色能源）所屬類別■工業類□生技類□農漁牧類□通訊類□電子類□商管類□醫療照護類□休閒類□其它類總計畫名稱太陽能/燃料電池車材料研發、系統整合暨人才培育計畫執行單位■校內：南台科技大學化材系、機械系、光電工程系□校際：主辦學校：夥伴學校：計畫總主持人姓名郭聰源計畫聯絡人姓名王振乾電話[phone]ext.3000電話[phone]ext.3700傳真[phone]傳真[e-mail][e-mail]新申請案（填經費需求）執行年度經常門資本門學校配合款小計9899100合計延續案（已補助年度請填核定補助情形、未執行年度請填經費需求）96（已執行）97（已執行）010,000,0002,000,00012,000,00098（未執行）05,010,0002,040,0007,050,00099（未執行）合計計畫序號計畫名稱主持人職稱服務單位總計畫0太陽能/燃料電池車材料研發、系統整合暨人才培育計畫郭聰源教授機械系分項計畫1燃料電池材料之研發廖渭銅蘇順發吳文昌戴子堯曾信智瞿嘉峻副教授助理教授化材系機械系2分項計畫2太陽能電池與固態照明元件之製作管鴻副教授光電工程系分項計畫3太陽能燃料電池車製作張烔堡副教授機械系3（二）整體計畫執行內容摘要本計畫乃針對綠色能源產業相關的太陽能電池與燃料電池兩大新能源做一校內跨系的整合性研究規畫。工學院橫向整合本校化工與材料系、機械系、光電系、奈米研究中心、光電研究中心與能源研究中心的相關師資與儀器設備等量能，組成堅強之計畫執行團隊。從上游之材料研發、中游之元件及系統開發以至應用端之燃料電池與太陽能結合之複合動力車之具體成型，規劃出兼具產業價值與學校特色之發展方向的三項子計畫。本計畫子計畫1的主要目標為針對目前最有可能商業化的燃料電池材料做一系列新材料的開發研究。內容含蓋了(1)質子交換膜的製備研究；(2)新觸媒層材料的開發；(3)儲氫材料研究；以及(4)太陽光光觸媒產氫材料的技術開發等研究主題。在技術層面上，本子計畫擬完成燃料電池之新綠色能源科技技術研發及整合，以協助相關產業提升技術及發展本校之特色。另在實物面上，將結合產學合作計畫結果，規劃相關課程，教授並訓練學生相關理論及實務，為產業培育人才。子計畫2的內容為太陽能電池技術材料研究與固態照明元件的製作為主。計畫之執行分兩方面，首先建立太陽能電池之教學平台，並成立太陽能電池教學研發中心。教學平台之建立可使學生或產業界有興趣的人士得以快速且直接的線上學習太陽能電池製程技術，對於南部的太陽能電池產業而言，可先期培訓工程師，縮短人力培訓的時間。另一方面為整合校內之師資與研究分析設備，開發薄膜與單多晶太陽能電池製程技術，並以開發更高效率之太陽能電池為目標，並與燃料電池相結合，以應用於太陽能/燃料電池車之開發。此部份可有效利用各項設備及各教師專長，發揮最大之教學與研發能量的整合。對於發光二極體封裝方面，在封裝技術平台的建立，研究從固晶、銲線、封膠、透鏡的黏合到檢測的技術，並由此研究封裝之技術比較其發光效率，包括高功率二極體封裝，在一些不同材料與透鏡幾何光學設計結構下，所產生出不同的配光曲線，因而應用於燈具上的二次光學設計。此外，使用不同的封裝，包含裸晶、平面式封裝以及透鏡式封裝，並以光學模擬蒙地卡羅光線追跡法建立光學模型來做驗證，並使用ASAP光學模擬軟體了解二極體之基本架構及其相關之基礎光學與色彩學原理，如萃光原理，其主要為反射定律、折射定律、全反射及Fresnel損耗等。本計畫子計畫3乃運用本校長期以來發展太陽能車所累積之技術，結合綠色能源中之氫能，與燃料電池互為輔助動力，整合使用本計畫中其他子計畫所開發之太陽能與燃料電池的材料與元件產品，將成果以一部太陽能/燃料電池混合動力車展現。透過跨系所的整合可使參與的學生在計畫執行過程中瞭解兩種能源之特性，亦學習如何整合及管理能量，藉由實作結合理論學習，達到培育優秀綠色能源科技人才之目的。除此之外，本計劃亦搭配研發之成果，規劃一系列相關之理論與實作課程，透過相關課程之編排，擴大計畫成果至本校工學院的學生。期望在本計畫的執行下，使得本校工學院畢業生能具備此先進綠色產業之基礎專業知識與技術，並可立即投入職場為企業所任用，以完成學校為社會、國家培育科技人才之重責與使命。4（三）本年度計畫執行內容摘要本年度為計畫執行第二年，主要的執行內容為各子計畫資料之收集和繼續強化於第一年已成立與計畫有關之實驗室之設備，如能源電池實驗室與太陽能電池實驗室等，同時採購必要的儀器設備，建立儀器使用管理規則與辦理相關的觀摩會議。子計畫1的主要目標為針對目前最有可能商業化的燃料電池材料做一系列新材料的開發研究。內容含蓋了(1)質子交換膜的製備研究；(2)新觸媒層材料的開發；以及(3)儲氫材料研究的技術開發等研究主題。擬於本年完成第二代質子交換膜、觸媒及儲氫材料的製作，並量測其於燃料電池中的操作效率與使用特性。另一方面，規畫燃料電池相關學程以提供給學生選課的參考。子計畫2在第二年度計畫執行上，將建立發光二極體固態照明元件封裝教學平台，並採購相關教學設備與實驗設備，積極的投入發光二極體固態照明技術開發研究。同時，建立其網站與資料庫，以為未來人才培育之基礎準備。子計畫3本年度計畫將使用前一年度已完成之燃料電池車，結合太陽能晶片提供之電能，使用自行開發之控制系統，完成一使用雙綠色電力能源之複合動力載具。此外，高效率驅動器單元、複合能源管理單元及運動路徑控制單元亦為本計畫之發展目標，以增加電池的壽命及節能為目的，同時結合太陽能電池來提高車輛的續航力及整車系統的運轉功能，以獲致最高的行車動能保障。但考量第三年度之發展，設計中亦將納入車輛熱流場之分析時之相關需求。5（四）計畫目標（發展重點項目）太陽能/燃料電池車材料研發、系統整合暨人才培育計畫的內容由上游的原材料開發(子計畫1與子計畫2)，至中游太陽能電池與燃料電池元件的建立(子計畫1與子計畫2)，最後由子計畫3做一上中下游的計畫整合，並擬於民國99年的計畫執行時限後，以一部太陽能/燃料電池混合動力車做為計畫成果的展現。重要的發展重點包括：一、推動「能源電池實驗室」教學與校內競賽：配合本計畫的執行，本校已整合化材系、電機系、機械系、光電系、能源研究所、奈米研究中心、光電研究中心與新能源中心的相關老師與儀器設備，針對太陽能電池與燃料電池等綠色能源，建立能源電池實驗室，在本年度預定舉辦燃料電池與太陽能電池混和動力載具競賽，時間預定於98年11月舉行。二、持續發展「能源電池材料技術」相關技術能力，加強『產學合作』工作：本系配合學校之中長期發展重點規劃，將緊密結合實務研究與產學合作，實務研究是以產業發展之方向方為主。同時，各種材料之物性、化性、熱穩定性、機械性質、光學及光電特性等，均需更準確的檢測數據來作為研究進行判斷之依據。因此，將結合目前各系既有實驗室之相關專長的師資、人力和設備，配合添購適當之先進精密儀器設備，發展能源電池技術相關的檢測能力及技術，落實工學院各系之間資源的有效共同利用之目的，同時可訓練學生實際檢測操作及實驗數據分析的能力，以達教學與研究同時並進之目的，並可提供產業界各項奈米材料性質檢測分析的相關技術服務，並與南部縣市產業界建立良好的互動。三、推動「能源電池技術」相關課程的學生參與：綠色能源技術和高效率電能轉換技術是政府積極推展的重點產業之一。本校的能源電池技術學程，將整合化材系、機械系、光電系、與能源所現已開設之相關課程，其中包括：電化學特論、綠色科技與新能源概論、燃料電池概論、光電元件特論、電能轉換原理、高分子材料概論、奈米材料等，以提供學生在燃料電池、太陽能電池、及能源的知識與技能上有更加完整的訓練，同時搭配材料技術實習提供學生更佳的學習的機會與環境。一般私立校院在教育經費的來源上比較匱乏。建立跨系所的資源整合，除了能夠建立教育資源共享之機制，減少資源無謂之重置與浪費外，亦可強化跨領域學程的開設，促進系所之間師資的交流，並且有效提昇教學的品質。預定於98學年開始將跨系學程實施於化材系、光電系、與機械系的研究生。並以此評估第三年全面實施大學部學生的改進。另各相關分項計畫之發展重點項目分述如下：（子計畫1）燃料電池材料之研發1.以PBI-g-PVDF共聚物製備質子交換膜型態研究。2.利用螯合法製備質子交換膜燃料電池(PEMFC)用高分散性鉑-金屬/碳觸媒層。3.中空二氧化矽微球儲氫材料研究。4.SPES(sulfonatedpolyethersulfone)之製備。（子計畫2）太陽能電池與固態照明元件之製作1.建立固態照明教學平台2.建立固態照明線上資料庫3.建立單多晶太陽能電池與固態照明封裝製程技術4.建立太陽電池與固態照明元件應用技術5.開發高亮度固態照明元件（子計畫3）太陽能燃料電池車製作本計畫以複合動力系統為主，運用太陽能與燃料電池兩種動力來源相互搭配，以太陽能車能量管理技術為基礎，導入燃料電池以便減低對昂貴之高效率太陽能晶6片的需求，主要目標為：(1)強化本校太陽能車能量管理及提昇整體效率。(2)發展燃料電池與太陽能結合之複合動力車。本子計畫執行將以配合學生專題發展之方式，在三年的全期計畫時間內，運用其他子計畫發展之成果，應用於實體製作上，預計完成之產品依次為：(1)太陽能車性能改善(2)燃料電池與太陽能結合