燃料電池の最近のブログ記事

「オール電化に対抗したい」

東京ガスは12月6日、松下電器産業や荏原と共同で開発に取り組んできた家庭用燃料電池の商用機を発表した

東京ガス

http://www.tokyo-gas.co.jp/pefc/index.html

原理の発見はエジソン、小林一茶の時代

1801年、デービー卿が燃料電池の原理を発見

　約200年前、ナトリウム、カリウムの発見者である英国王立科学研究所のデービー博士が燃料として固体の炭素を用いる燃料電池の原理を発見

イタリアの物理学者ボルタが電池を発明してからわずか2年後のことで、日本は江戸時代後期の享和元年、古事記伝の本居宣長、測量の伊能忠敬、俳句の小林一茶らが活躍していた時期であります。デービーはアーク式照明の原理の発見者としても知られています。

デービーが1815年、エジソンが白熱電球を発明する60年以上前に2000個ものボルタ電池をつなぎ、アーク放電の実験をしたのが電気を使った照明の始まりといわれます。デービーの研究は弟子のファラデーに引き継がれ、ファラデーは電気分解に関するファラデーの法則を発見したことで知られています。

1839年、グローブ卿が燃料電池の実験に成功

　英国の物理学者ウィリアム・グローブ卿は、硫酸に浸した２つの白金電極に水素と酸素を供給することにより電流を作り出す実験に成功しました。しかしながらグローブ卿が実験に成功した燃料電池は発生する電流が小さく、また蒸気機関や内燃機関の実用化が進んだこともあって、燃料電池の実用化に向けた研究は進みませんでした。管理者の関心と向学の為の記録として残すことを目的とし、第三者への閲覧は想定おりません。しかし、性格上第三者が閲覧することも十分あり得ますので、必ず引用先にリンクします。しかし、リンク先がＵＲＬ等を変更については、管理の対象外とします。

燃料電池の性能はリチウム電池の10倍

小型軽量化が重要なモバイル機器用電池は現在リチウムイオン電池が主流ですが、同じ大きさの燃料電池の寿命は理論上その10倍ほどと言われています。そこでモバイル機器用燃料電池はパソコンメーカー、家電メーカーなどにおいて熾烈な開発競争が繰り広げられています。

• 2002年3月にはカシオ計算機株式会社がノートパソコン用として従来機の4倍である20時間連続使用ができる試作品を公開

メタノールの利用が決め手

小型・軽量が求められているモバイル機器において、大きな水素タンクや重い水素吸蔵合金の利用はできません。そこで家庭用コージェネレーションや自動車用と違い、液体であるメタノールを燃料とする方式が主流になっています。メタノールで動くパソコンや携帯電話ができれば、もう充電する必要はありません。現在の乾電池のように、電池が切れたらコンビニやキオスクでメタノールのカートリッジを買って入れ替えるだけという時代が来るでしょう。

メタノール燃料の利用

• メタノールを直接燃料電池に供給するダイレクトメタノール（DMFC）
• メタノールから作り出した水素を燃料電池に供給するメタノール改質方式

ダイレクトメタノール型燃料電池（DMFC）の開発競争

　メタノールを直接供給するDMFCでは、燃料極でメタノールが水と反応し二酸化炭素、水素イオン、電子ができます。水素イオンは電解質膜を通って空気極へ移動し、外部回路を流れた電子、空気中の酸素と反応して水となります。

メタノールを小型のカートリッジに入れるためには濃度の高いメタノールを使う必要がありますが、メタノール濃度を上げるとメタノールが水素イオンと一緒に電解質膜を透過してしまう「クロスオーバー」という現象が起こります。クロスオーバーが起こると反応しない無駄なメタノールができてしまうため効率が悪くなってしまいます。東芝ではこの問題を解決するために高い濃度のメタノールを、空気極で生成する水で薄めることにより最適な濃度のメタノールを燃料極に送るという手法を取り、2003年3月にドイツで開かれた展示会でその開発成果を発表しました。

DMFCでもパッシブと言われる手法で小型化に成功したのが日本電気株式会社

他社の燃料電池が燃料極と空気極を交互に積み重ねていくスタック型と呼ばれる構造なのに対し、日本電気株式会社は燃料極を内側に空気極を外側に配置する2セル構造とし、空気やメタノールを供給するブロワやポンプを使わない構造となっています。

メタノール改質型燃料電池の可能性

カシオ計算機株式会社が採用しているのがメタノール改質型です。独自のマイクロリアクターという構造で、メタノールから水素を取り出す改質器をミクロンオーダーでシリコンウェハー上に集積化し、水素ガスを98%以上の変換効率で生成し超小型化する事に世界で初めて成功

• 実用化までのスピード
• 実用化可能なコスト
• 実用化可能なサイズ、重さ

京セラ<6971>　家庭用コージェネレーションシステムを開発　2005年から市販目指す

（出力：1kW システム）

※　コージェネレーション（熱電併給）は発電と同時に廃熱を給湯に利用するシステムで省エネの観点から注目されている。

日立製作所と東海共同　でダイレクトメタノール型の小型燃料電池の開発を発表

※　小型燃料電池ではダイレクトメタノール方式。

　　メタノールを白金などの触媒によってイオン化させ、電解質膜を通して水素イオンだけを分離、空気中の酸素と反応させ発電する方式。そこでメタノールの補給をどうするかが実用化の鍵となるが、東海は使い捨てライタ－の老舗。メタノールを使い捨てライター大のカートリッジに納めることで、燃料の補充を手軽に行うことができるようにした。試作品では50ccのメタノールでPDAを6～8時間駆動させることに成功している。製品化は2005年の予定だ。

NEC　カシオ　モバイル機器用燃料電池2005年に延期

• 燃料電池用電解質膜メーカー　3社独占
  • デュポン /"http://jp.dupont.com/index.html
  • 旭化成<3407>/維・化学から住宅・建材、電子材料、医薬や膜へ多角展開
  • 旭硝子<5201>/板ガラス・ブラウン管・自動車ガラスの最大手

• 電極用のカーボンファイバーメーカー
  • 東レ<3402>/合繊最大手、ポリエステル軸に海外積極的。中国に一大基盤。
  • 東邦テナックス<3403>/帝人傘下でPAN系炭素繊維世界２位。レーヨン事業撤退し炭素繊維集中
  • 三菱レイヨン<3404>/MMA樹脂 プラスチック系光ファイバ首位。アクリル最大手 三菱グループ
• 触媒
  • ジョンソンマッセイ（英）
  • 田中貴金属

注目【電極：絹】　シナノケンシ http://www.skcj.co.jp/

　衣服に使われる絹を焼成することで得られた『カーボンシルク』

　　　　　　燃料電池の電極として最適なことを発見。

注目【多孔質ガラス電解質】　

ニューガラスフォーラム　新エネルギー・産業技術総合開発機構　姫路工業大学が開発

注目【電極：ホソカワ粉体技術研究所】http://www.hosokawamicron.co.jp/hpe/

TOPICS

　ホンダ(2004/02/26) 次世代型の燃料電池「HONDA FC STACK」搭載車 走行試験

氷点下の環境で始動性や走行性の高さを確認した、と発表

　神鋼環境ソリューション（神戸市）と中国電力（広島市）

　水を電気分解して発生させた水素を燃料電池に供給するシステムを共同開発し10日から運用試験開始。神鋼環境ソリューションが播磨製作所（兵庫県加古郡播磨町）で製作した水素発生装置を利用、戸建て住宅での実用化を目指す。 水と電気だけで水素を生成できるのが特徴で、システムの電源には主に割安な深夜電力を使う。水道水を純水に変え、電極板と特殊膜で水素イオンと酸素イオンに分解。膜を通過　した水素イオンに電子を結び付け、水素を発生させる。生じた水素はタンクにため、電力使用がピークとなる昼間に燃料電池に供給する。出力は1kW

　中国電からの電力利用が平準化できる上、燃料電池から得た熱を給湯などにも利用できる。水電解による水素発生装置と燃料電池を組み合わせたシステムは国内初。2001年から共同研究を進めていた。運用試験では、島根県にある中国電の関連企業で、最適な水素容量や耐久性などを検証する。

発電の仕組み外部から供給された水素分子(H2)は、マイナスの電極内にある触媒に吸着され活性な水素原子(H-H)となります。この水素原子は、水素イオン(2H+)となり2個の電子(2e-)を電極へ送り出します。この電子は外部回路を通って反対側のプラスの電極に電流として流れます。プラスの電極では、外部から供給された酸素分子(O2)が外部回路から戻ってきた電子を受け取り酸素イオン(O2-)となります。一方マイナス電極で電子を取られてプラスの電荷を帯びた水素イオン(2H+)は、電解質を伝ってプラスの電極に移動し、マイナスの電荷を帯びた酸素イオンと結合し水(H2O)となります。