(57)【要約】【課題】    燃料電池を用いた発電システムは、その燃料電池に燃料として水素を補給する時、高圧ボンベなどの運搬手段などを必要とし安易でコスト的に不利であった。水素補給に問題があった。さらに、燃料その他の連続的稼動に必要とする補助電源である二次電池も鉛電池を使うので、鉛・硫酸による公害原因物質が問題となった。【解決手段】  環境破壊の少ない燃料電池発電システムに関し、そのシステムを構成する水素発生装置は、高圧ボンベなどの運搬手段を使用しなくてよく、しかも、環境にやさしいアルカリ性電解液を原エネルギー源とする保守容易な電解槽を利用した電解システムを用い、一方、その燃料電池発電システムのもう一つの構成要素である補助電源である二次電池として鉛・硫酸を使用しない鉛フリーバッテリを使用し、発電システム全体として環境破壊の少ない構成を提供する。【選択図】  図１
2008123916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池モジュールに対して電解液を原エネルギー源として水素を供給する電解システムを有する水素発生装置と、その燃料電池モジュールの補助電源装置として急速充電放電特性がよい二次電池バッテリモジュールとから構成する燃料電池発電システムであって、
前記水素発生装置は、触媒を備え、アルカリ性電解液が注入された化学反応槽である第１槽と
負電極を備え純水が供給される第１区画と、正電極を備え純水が供給される第３区画と、それぞれ第１、第２イオン交換膜を介して前記第１、第３区画に接してアルカリ性電解液が注入された第２区画と、からなる電解槽である第２槽と、
第２槽第１区画にアルカリ電解液が発生した時それを第１槽に流すための第１配管と、
第１槽にアルカリ性電解液が流入された時触媒により分解された純水をポンプを介し第２槽第１区画及び第３区画へ流す第２配管と、を少なくとも具備し、
前記第２槽の正負電極第１端子と前記ポンプ第２端子に印加すれば、第１槽ではアルカリ性電解液が分解され水素ガスＨ２純水が発生すると共に、第２槽第２区画ではアルカリ性電解液が一部分解され、第１区画から水素ガスＨ２とアルカリ性電解液が発生し、第１及び第２槽で発生した水素ガスＨ２は前記燃料電池モジュールに対して供給し、二酸化炭素、窒素酸化物の有害物質排出の少ないことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記バッテリモジュールは１単位セルを複数個直列にして構成され、各セルは陽極にカルシウムと酸化銀とカーボンを配合した電極と、陰極に亜鉛とカーボンを配合した電極間に用いたアルカリ水溶液の電解質溶液と、からなり、鉛及び硫酸を特に使用しないことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記バッテリモジュールは、同一直流電圧値を出力する２組の第１及び第２バッテリモジュールを備え、
前記燃料電池モジュールと第１及び第２バッテリモジュールとの間には第１切替器を備え、負荷である駆動用モータと第１及び第２バッテリモジュールとの間には第２切替器を備え、
第１切替器への電子制御Ｂ選択信号によりバッテリモジュールＢに接続すると共にバッテリモジュールＡは切断され、同時に、第２切替器への電子制御Ａ選択信号によりバッテリモジュールＡに接続すると共にバッテリモジュールＢは切断されるＡ放電Ｂ充電モードと、
第１切替器への電子制御Ａ選択信号によりバッテリモジュールＡに接続すると共にＢは切断され、同時に、第２切替器への電子制御Ｂ選択信号によりバッテリモジュールＢに接続すると共にＡは切断されるＡ充電Ｂ放電モードとからなる２状態モードを有し、
バッテリモジュールＡ、Ｂの各電力消費量、残量を計測すると共に所定残量以下になった時前記２状態モードを切替るため第１、第２切替器へ電子制御信号を送る充放電モード切替手段を少なくとも有する制御部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記第１槽は、その中の前記触媒に接続する部材と、前記アルカリ性電解液を介して正電圧を与えることができる電極とが設けられ、その部材と前記電極間に電力エネルギーを印加する第３端子が配設され、その第１槽においける化学反応の進行を前記第３端子の印加電圧で制御できることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記第２槽の第１イオン交換膜は、陽イオン交換膜であり、第２イオン交換膜は陰イオン交換膜であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電システムに関し、詳しくは、このシステムの燃料電池モジュールに対する、水素供給は高圧水素を使用せず、環境破壊のない電解液を原エネルギー源とする保守容易な電解システムにより行う水素発生装置を備えると共に、その燃料電池モジュールの二次電池として鉛と硫酸を使用せず、しかも、急速充電放電特性の良い補助電源装置を備えた構成の発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭、ガソリン、軽油などの化石燃料は、今後のエネルギー消費量を考えると、２１世紀中になくなると言われていた。また、それ以上に重要な問題として、化石燃料の燃焼によって地球温暖化や酸性雨などの地球環境問題が深刻化していた。そこで、燃やしても二酸化炭素や窒素酸化物などの有害物質の発生しない地球環境に対しやさしいクリーンなエネルギーである水素を燃やすクリーンエネルギーが注目された。すなわち、外部から水素燃料と酸化剤を送り続けることによって、連続的に電気化学エネルギーが得られる燃料電池が、その高効率と高性能によって着目された。
【０００３】
その燃料電池におけるエネルギーの生成は、水素を燃焼させて、水の電気分解とは逆の過程により水素と酸素とを化学反応させて、電気エネルギーとして出力させる。
【０００４】
そこで、燃料電池に必要な水素を生成する方法が従来からいくつか提起されてきたが、その性能は用いる電解質、とくに固体電解質の内容に依存するところが大きく、安全で低コストな水素を生成する条件が必ずしも確立されていなかった。
【０００５】
例えば、固体電解質として通常高温で用いられる高分子膜は、イオン交換膜や電極の劣化が速く、保守が困難であった。
【０００６】
また、大規模プラントにより低コストの水素を製造する方法は確立されていたが、例えば、車両用などとして水素ガスをユーザの近くに配送し、ガソリンスタンドなみの容易さで水素を操るには、６００気圧級の高圧水素ボンベが必要とするが、これを安全に扱える技術にはなっていなかった。
【０００７】
これらの技術に関連して、例えば、特許文献１には高圧水素ガスと純水の電気分解により生成した水素を併用し、固体高分子電解質膜部と酸化部をセル状に一体化した燃料電池であって、高圧水素ガスの高圧を利用して循環水を精製し純水を生成する技術が開示されていた。
【０００８】
一方、燃料電池の補助電源装置としての二次電池も、燃料電池発電システムが地球環境破壊にならないようにする構成の一つとすることであった。
【０００９】
そこで従来の二次電池のように、電極板に鉛を用いず、また電解液に硫酸を用いず、鉛、硫酸などの公害原因物質を使用しない高性能、高容量で、さらに燃料電池に対する補助電源としての効率が高くなるように急速充電放電特性の優れた鉛フリーバッテリを必要とした。
【００１０】
従来の鉛電池は長い間代表的な二次電池として普及し、材料及び構造が改良され、性能・寿命が向上してきた。また、極板、セパレータ、電池ケースなどの改良により、メンテナンスフリー・シールドタイプ電池に至っていた。
【００１１】
しかしながら、エネルギー容量が低く、重く嵩張るという問題に加えて、電解液として硫酸を用いることによって、一般に性能を高めるとサルフレーション（硫化）が起こり易くなり電池の内部抵抗の増加が避けられなかった。  
【００１２】
さらにサルフレーションが進行すると、イオンの移動が困難になり動作不能となって廃棄に至るが、硫酸・電極の鉛の公害物質の廃棄処理が容易でなかった。
【００１３】
また、鉛電池を重負荷で使用した場合、極板も電解液も共に減耗するが、特に前述のシールドタイプ電池の場合は、極板は勿論、電解液の補充も不可能である。
【００１４】
そこで、電池内部の構造や電解液などの改良が多少行われているが、殆どの場合、電池の性能を悪化させており、材料固有の公害物質としての危険要因も回避できない。
【００１５】
例えば、鉛電池内部構造の改良に関しては、特許文献２にあるように、電解液槽の蓋に触媒を配した制御弁を設け、電池内で発生するガスを効率よく触媒反応させて生成した水を還流すると共に負極のサルフレーションを防止する技術が開示されている。鉛電池は以上のような問題があるので、用途及び使用方法が限定されていた。
【００１６】
そこで、最近の携帯機器の普及に伴い、その二次電池としては、鉛電池の有する前述の問題をある程度回避できるリチウムイオン電池が普及している。すなわち、リチウムイオン電池は、エネルギー密度が高く、小型軽量で公害性が低いからである。
【００１７】
しかしながらリチウムイオン電池は、製造コストが高価であり、さらにサイクル寿命が３００回程度であり、鉛電池の１０００回程度に比べてサイクル寿命が低いのでランニングコストがより高価になるという問題があった。
【００１８】
また、リチウムイオン電池は、過放電と過充電に対して耐力がなく、とくに過充電を行うと電池が過熱し、約１３０℃を越えると電池が破裂し、電解液の吐出に至る。
【００１９】
そこで、電池の内部が高温で破裂直前になると、封入部のガスケットの一部からガスを逃がす方法や、蓋部分（正極端子）が飛出すことでガスを逃す方法や、内部セパレータを破壊して短絡することで、ガスの発生を抑える方法などが開発されてきた。
【００２０】
あるいは、特許文献３を参照すると、ゲル状の非水系電解液を用いることで、可燃性の有機溶媒を電解液の溶剤として用いた場合の火災の危険性を減少させる技術が開示されていた。
【特許文献１】特開２０００−１４９９７１号公報
【特許文献２】特開２００１−１４８２５６号公報
【特許文献３】特開平０９−２７０２７１号公報（第２，３頁，第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は、前述したような諸問題点を解決した環境破壊の少ない燃料電池発電システムを提供しようとするものである。
すなわち（１）燃料電池に対する水素供給は、高圧ボンベなどの水素運搬手段を使用しなくてよく、しかも環境破壊のないアルカリ性電解液を原エネルギー源とする保守容易な電解槽を利用した電解システムにより行い水素発生装置をシステム構成に設けることを第１の目的とする。
【００２２】
また、（２）その燃料電池の二次電池として、電極板に鉛を使用せず、電解質溶液に硫酸を使用しない、公害原因物質のない高性能・容量のバッテリであると共に、燃料電池の補助電源として二次電池モジュールを２グループに分けて、燃料電池からの充電入力を一方のグループで行い、負荷への放電出力を他方のグループで行う充放電切替手段に際して、連続的な重負荷に耐えられるように急速充電及び急速放電特性の優れた二次電池を用いた補助電源装置をシステム構成に設けることを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
前記課題を解決するため、本発明の燃料電池発電システムは、燃料電池モジュールに対して電解液を原エネルギー源として水素を供給する電解システムを有する水素発生装置と、その燃料電池モジュールの補助電源装置として急速充電放電特性がよい二次電池バッテリモジュールとから構成する燃料電池発電システムであって、
前記水素発生装置は、触媒を備え、アルカリ性電解液が注入された化学反応槽である第１槽と
負電極を備え純水が供給される第１区画と、正電極を備え純水が供給される第３区画と、それぞれ第１、第２イオン交換膜を介して前記第１、第３区画に接してアルカリ性電解液が注入された第２区画と、からなる電解槽である第２槽と、
第２槽第１区画にアルカリ電解液が発生した時それを第１槽に流すための第１配管と、
第１槽にアルカリ性電解液が流入された時触媒により分解された純水をポンプを介し第２槽第１区画及び第３区画へ流す第２配管と、を少なくとも具備し、
前記第２槽の正負電極第１端子と前記ポンプ第２端子に印加すれば、第１槽ではアルカリ性電解液が分解され水素ガスＨ２と純水が発生すると共に、第２槽第２区画ではアルカリ性電解液が一部分解され、第１区画から水素ガスＨ２とアルカリ性電解液が発生し、第１及び第２槽で発生した水素ガスＨ２は前記燃料電池モジュールに対して供給し、二酸化炭素、窒素酸化物の有害物質排出の少ないことを特徴とする。
【００２４】
また、前記バッテリモジュールは１単位セルを複数個直列にして構成され、各セルは陽極にカルシウムと酸化銀とカーボンを配合した電極と、陰極に亜鉛とカーボンを配合した電極間に用いたアルカリ水溶液の電解質溶液と、からなり、鉛及び硫酸を特に使用しないことを特徴とする。
【００２５】
また、前記バッテリモジュールは、同一直流電圧値を出力する２組の第１及び第２バッテリモジュールを備え、
前記燃料電池モジュールと第１及び第２バッテリモジュールとの間には第１切替器を備え、負荷である駆動用モータと第１及び第２バッテリモジュールとの間には第２切替器を備え、
第１切替器への電子制御Ｂ選択信号によりバッテリモジュールＢに接続すると共にバッテリモジュールＡは切断され、同時に、第２切替器への電子制御Ａ選択信号によりバッテリモジュールＡに接続すると共にバッテリモジュールＢは切断されるＡ放電Ｂ充電モードと、
第１切替器への電子制御Ａ選択信号によりバッテリモジュールＡに接続すると共にＢは切断され、同時に、第２切替器への電子制御Ｂ選択信号によりバッテリモジュールＢに接続すると共にＡは切断されるＡ充電Ｂ放電モードとからなる２状態モードを有し、
バッテリモジュールＡ、Ｂの各電力消費量、残量を計測すると共に所定残量以下になった時、前記２状態モードを切替るため第１、第２切替器へ電子制御信号を送る充放電モード切替手段を少なくとも有する制御部を備えることを特徴とする。
【００２６】
また、前記第１槽は、その中の前記触媒に接続する部材と、前記アルカリ性電解液を介して正電圧を与えることができる電極とが設けられ、その部材と前記電極間に電力エネルギーを印加する第３端子が配設され、その第１槽においける化学反応の進行を前記第３端子の印加電圧で制御できることを特徴とする。
【００２７】
また、前記第２槽の第１イオン交換膜は、陽イオン交換膜であり、第２イオン交換膜は陰イオン交換膜であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の燃料電池発電システムは、以下に示す効果を呈する。
水素の供給に電解槽と化学反応槽とからなる電解システムを用いるので、高圧水素・高圧ボンベなどを使用せず安全であり、しかも軽量である。
水素燃料補給に高圧ステーションなどのインフラ整備も不要となる。
【００２９】
前記電解システムの電解液は安価なｐＨ９〜１４程度のエネルギー源であり、部品の消耗が少なく、保守容易で経済的である。
【００３０】
さらに、水素発生装置において発生する酸素と燃料電池において発生する純水と還元利用できるので電解液だけを補給すればクローズドシステムを形成するので、地球環境に良い効果がある。
【００３１】
二次電池は鉛と硫酸を使用せず、公害物質を含まず廃棄処理が容易である。重量も軽く、外囲器も小重量構造可能となる。
【００３２】
急速充電及び放電が鉛電池より特性が良いので、二次電池を２グループに分け、その充・放電切替を効率的に行うことができる。すなわち、従来より重い負荷に耐えられるシステムとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の燃料電池発電システムの実施例について図面を参照して具体的に説明する。
【００３４】
図１は、システム全体の構成を示す。ここで、１は化学反応槽、２は電解槽を示し、水素発生装置は化学反応槽１の第１槽と電解槽２の第２槽からなる。
【００３５】
水素発生装置（１＋２）の詳細な構造図を図２に示す。
第１槽１は触媒１４と負電極１５が配設されその−＋端子となる第３の端子７７を備え、第１槽１の中にはアルカリ性電解液１１が注入されている。
【００３６】
一方、第２槽２は、第１、第２、第３区画に第１及び第２のイオン交換膜２５、２６によって分割され、第１区画２１は負電極２４が配設され、純水が供給されている。第３区画２３は正電極２６が配設され、純水が供給されている。第２区画２２は第１区画２１と第２区画２３の間に接してあり、アルカリ性電解液が注入されている。
【００３７】
３６は第１配管を示し、第２槽２第１区画２１にアルカリ性電解液が発生した時、その液を第１槽１へ流すための第１配管３６である。
【００３８】
３７は第２配管であり、第１槽１へアルカリ性電解液が流れ込んだ時、触媒１４により分解されて発生した純水をフィルタ１６を通過させ、ポンプ１８を介し第２槽２第１区画２１及び第３区画２３へ配管３８、３９を経由して流すための第２配管３７である。
【００３９】
第１槽１の上部には、発生した水素ガスＨ２を取り出す配管３３、第２槽２の第１区画２１の上部には、発生した水素ガスＨ２を取り出す配管３１と、第２槽２第３区画２３の上部には、発生した酸素ガスＯ２を取り出す配管３２があり、配管３３と配管３１で取り出した水素ガスＨ２は配管３４にまとめられ、水素ガスＨ２の配管３４と酸素ガスＯ２の配管３２は、後述する次段の燃料電池モジュール３へ送られる。
【００４０】
尚、その燃料電池モジュール３からは配管を介して純水Ｈ２Ｏは、配管３５を介して、前記配管３７（第２配管）と合流し、合流した純水をポンプ１８で第２槽２第１区画２１と第３区画２３へ流すようにする。
【００４１】
以上のような水素発生装置（１＋２）は、さらに、電解槽（第２槽）を稼動させるため正負電極２６，２４に印加するための第１端子７８と、ポンプ１８を回転するための第２端子７６、さらに、第１槽の触媒１４の分解進行速度を抑え、アルカリ性電解液の消耗を防止するため電極１５と触媒１４の接続支持部材間に印加するための第３端子７７を備える。
【００４２】
ここで、第２槽２の正負電極の第１端子７８とポンプ１８の第２端子７６に印加すれば、第１槽１では、アルカリ性電解液が分解され水素ガスＨ２と純水が発生すると同時に、第２槽第２区画２２では、アルカリ性電解液が分解され、その一部が第１のイオン交換膜（陽イオン交換膜）２５を通過して、第１区画２１には水素ガスＨ２の発生とアルカリ性電解液が生成する。
【００４３】
一方、他の一部が第２のイオン交換膜（陰イオン交換膜）２９を通過して第３区画２３には少なくとも酸素ガスＯ２が発生する。
【００４４】
ここで発生した水素ガスＨ２と酸素ガスＯ２が燃料電池モジュール３へ配管を介して供給される。
【００４５】
次に、その水素燃料電池モジュール３は、この実施例ではＮ個の水素燃料電池単位セルを直列接続した状態を示す。具体的には１０個程度接続する。
従って、供給される水素ガスと酸素ガスの各配管は、各単位セルにそれぞれ配管を接続する。
【００４６】
各燃料電池単位セルから生成する純水は図のように、水素発生装置第２槽へ還流させてもよいが、排出してもよい。
【００４７】
Ａ、Ｂは二次電池として、同性能の特性を有するバッテリモジュールを示し、それぞれ図３（ａ）に示す単位セルを図３（ｂ）に示すように５セル直列接続して１パックとしたバッテリモジュールを３個並列接続した実施例を図１に示す。
【００４８】
本システムの補助電源装置５（Ａ＋Ｂ）として以下のように使用する。この１組のバッテリモジュールＡとＢとにより、一方のモジュールＡから負荷（例えば駆動モータ７など）へ放電しているとき、他方のモジュールＢを燃料電池モジュール３から充電をする。
【００４９】
ここで、少なくともバッテリモジュールＡが所定放電残量以下になった時第１の切替器４と第２の切替器６とをそれぞれ切替えて、モジュールＡを燃料電池モジュール３から充電し、モジュールＢから前記負荷へ放電する。すなわち、２状態の充・放電モードがある。
【００５０】
しかしながら、それらの切替のタイミングでモジュールＢは所定充電量以上になっている必要がある。
【００５１】
従って、バッテリモジュールＡ、Ｂの充電特性は充電完了までの時間が短く、一方、放電特性は放電により電圧が低下するまでの時間が長いことが必要である。
【００５２】
図４には補助電源二次電池に用いた鉛フリーバッテリと従来の鉛電池の充電特性及び放電特性を比較した図を（ｂ）、（ｃ）に示してある。
【００５３】
図１に戻り、９は燃料発電システム全体の制御部を示し、この制御部９には少なくとも前記２状態の充・放電モード切替手段を備える。その手段により制御部９は電子制御信号を第１切替器４と第２切替６へ送り、以下に示すように２状態モードを交互に切替えるようにする。
【００５４】
図１に示すように、前記燃料電池モジュール３と第１及び第２バッテリモジュールＡ、Ｂとの間には第１切替器４を備え、負荷である駆動用モータ７と第１及び第２バッテリモジュールＡ、Ｂとの間には第２切替器６を第１切替器４への電子制御Ｂ選択信号によりバッテリモジュールＢに接続すると共にバッテリモジュールＡは切断され、同時に、第２切替器６への電子制御Ａ選択信号によりバッテリモジュールＡに接続すると共にバッテリモジュールＢは切断されるＡ放電Ｂ充電モードと、
【００５５】
第１切替器４への電子制御Ａ選択信号によりバッテリモジュールＡに接続すると共にＢは切断され、同時に、第２切替器６への電子制御Ｂ選択信号によりバッテリモジュールＢに接続すると共にＡは切断されるＡ充電Ｂ放電モードとからなる２状態モードを有する。
【００５６】
制御部９は、バッテリモジュールＡ、Ｂの各電力消費量、残量を計測すると共に所定残量以下になった時前記２状態モードを切替えるため第１、第２切替器４、６へ電子制御信号を送る充・放電モード切替手段を少なくとも有する。
【００５７】
バッテリモジュールＡ、Ｂのセル構造である鉛フリーバッテリが図３に示し、図４にはその特性を示してあるが、その鉛フリーバッテリの陽極・陰極の内部構造、とくにその製造の流れ図を図５に示す。以下鉛フリーバッテリの詳細を説明する。
【００５８】
図３（ａ）は、各セル毎の鉛フリーバッテリの内部構造図である。ここでａ、ｂはそれぞれ陽極端子、陰極端子を示す。ｃ、ｄはそれぞれ陰極板、陽極板を示し、ｅはアルカリ水溶液を示す。ｆは水酸化イオンを選択的に通過させるセパレータ、ｇはそれらの外囲器を示す。
【００５９】
図５は図３（ａ）における鉛フリーバッテリの陰極板ｃ、陽極板ｄの構造を示し、（ａ）は陽極板ｄの構造の流れ図、（ｂ）は陰極板ｃの製造の流れ図である。
【００６０】
陽極板ｄは、最初に電極基材として白銅板をメッシュ状にした電極基板を製作する。一端には予め＋端子ａを設ける。
【００６１】
次に、カルシウム（Ｃａ）、酸化銀（Ａｇ２Ｏ）、粒上のカーボンにバインダーを入れて混合し、ペースト状にしたものを前記白銅板メッシュ状の電極基板に塗布する。
【００６２】
塗布後、ペーストを乾燥させてから焼付け、陽極板ｄの製作が完成する。
【００６３】
一方、陰極板ｃは、最初に電極基材として亜鉛板をメッシュ状にした電極基板を製作する。一端には予め一端子を設ける。
【００６４】
次に、亜鉛（Ｚｎ）、粒子のカーボンにバインダーを入れて混合し、ペースト状にしたものを前記亜鉛板メッシュ状の電極基板に塗布する。
【００６５】
塗布後、ペーストを乾燥させてから焼付け、陰極板ｃの製作が完成する。
【００６６】
ここで、陽極板ｄのカルシウム（Ｃａ）、酸化銀（Ａｇ２Ｏ）、カーボンの配合及び陰極板ｃの亜鉛（Ｚｎ）、カーボンの配合はそれぞれ以下の範囲に入るようにする。
陽極  カルシウム４０〜６０％、酸化銀２０〜３０％、カーボン１０〜４０％
陰極  亜鉛６０〜９０％、カーボン１０〜４０％
【００６７】
次に、以上の構成におけるバッテリとしての動作を説明する。
電極の反応式は次のようになって負極から２ｅが正極へ流れる。
正極  Ａｇ２Ｏ＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→２Ａｇ＋２ＯＨ−
負極  Ｚｎ＋２ＯＨ−→ＺｎＯ＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
正極で生成された２ＯＨはセパレータを通り負極へ移動する。
【００６８】
上記の反応式は銀を基準に記載したが、カルシウムイオンの反応は、充電時にはＣａ＋２が放出され、負極材（板）の主にカーボンに吸着される。又、放電時にはこのカルシウムイオンＣａ＋２がカーボンより離脱され陽極材（板）に戻る。
【００６９】
Ｃａイオンは、イオン半径が（０．９９）と大きく、充電時にそのイオンを格納する負極材が性能に大きく依存する。
【００７０】
しかし、Ｃａイオンは２価の陽イオンを持っているため、高電圧（１セル当たり１．８Ｖ〜３．０Ｖ）、高容量とエネルギー密度が高い。
【００７１】
モジュールとＡ、Ｂの鉛フリーバッテリは、Ｃａイオンの持っている特性と、従来ある銀亜鉛電池の複合電池である。
【００７２】
エネルギー密度を比較すると、銀亜鉛電池は亜鉛電池の約３倍あるため、小型・軽量化が実現できる。
【００７３】
図３（ｂ）には、１セル２．５Ｖ、４０００ｍＡ〜５０００ｍＡｈの容量のバッテリを５セルで１２．５Ｖとしたものである。尚、単位セルは対向面積を大きくして容量を増加させた単位セルを示す。
【００７４】
次に、図４にモジュールＡ、Ｂの鉛フリーバッテリと鉛電池との比較図を示す。
【００７５】
図４（ａ）は、容量６０Ａｈ程度の性能で、それを得るための容量、重量、電解液を比較したものである。容量、重量がモジュールＡ、Ｂの鉛フリーバッテリがより少なくてよいことが明らかである。
【００７６】
図４（ｂ）は、モジュールＡ、Ｂの鉛フリーバッテリと鉛電池の充電特性を比較した図である。鉛フリーバッテリは４０Ａｈ相当として比較してある。１０．８０Ｖでスタートして１２．５Ｖになるまでの時間の差は１．０Ｈと３．８Ｈの時間差があることを示す。
【００７７】
図４（ｃ）は、それぞれ４０Ａｈ容量性能のモジュールＡ、Ｂの鉛フリーバッテリと鉛電池の放電特性を比較した図である。
【００７８】
１２．５Ｖから１０Ａ定電流放電により終始電圧１０．８Ｖになる時間が、それぞれ３．５Ｈ、２．２Ｈであることを示す。
【００７９】
なお、以上の鉛フリーバッテリは終始電圧が８．０Ｖと、より低く長時間の放電が可能であるが、一般の鉛電池は終始電圧が１０．８Ｖであるので、図４（ｃ）では測定条件を鉛電池の１０．８Ｖに合わせてある。
【００８０】
図１に戻り、第２の切替器６の出力は負荷側に接続されるが、その一部は第１〜第３端子へ接続される。この燃料電池発電システムの最初の立ち上げの時の必要とする第１、第２端子の電源はここから印加される。
【００８１】
第２の切替器６の出力は駆動モータ７に印加され、回転駆動伝達部７ａ（ギア駆動又はベルト駆動）を介して発電機８を回転させて、その出力を電源出力変換部８ａにより必要とする所定電圧仕様交流或いは直流電力を負荷に出力させる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】燃料電池発電システムの実施例構成図
【図２】水素発生装置の実施例構造図
【図３】鉛フリーバッテリのセル構造とそのバッテリモジュール
【図４】鉛フリーバッテリと鉛電池との比較図
【図５】鉛フリーバッテリの陽極・陰極の内部構造図
【符号の説明】
【００８３】
Ａ、Ｂ  バッテリモジュール
１    化学反応槽，第１槽
２    電解槽，第２槽
３    燃料電池モジュール
４    第１の切替器
５    補助電源装置
６    第２の切替器
７    駆動モータ  ７ａ回転駆動伝達部
８    発電機  ８ａ電源出力変換部
１１  第１槽のアルカリ性電解液
１４  触媒
１５  電極
１６  フィルタ
１８ポンプ
２１〜２３  第１〜第３区画
２４，２６  負、正電極
２５，２９  第１，第２イオン交換膜
３１，３３，３４  水素ガス配管
３２  酸素ガス配管
３６，３７  第１，第２の配管
７８，７６，７７  第１〜第３端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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