生するアンモニア等を利用することができるが、電極に燃料電池を搭載した鉄道模型車両の実演展示
大阪府立大学工業高等専門学校
専攻科応用化学コース
機械工学コース

うえもと だ い き

おけたに りゅうせい

桶谷 龍 成な が の ふう や

植本 大毅

永野 風矢

やまうち まこと

すぎうら きみひこ

使用する白金が非常に高価であるという欠点を持つ。そこで比表面積が金属平板よりも大きく、十分な反応面積が得られる多孔質金属紙を電極として使用することで、安価で、金属平板を電極として用いたときよりも高性能な電解装置が開発できるのではないかと考えた。
指導教員 山内 慎 杉浦 公彦
燃料電池を搭載した鉄道模型車両の実演展示
大阪府立大学工業高等専門学校
工学特別実験実習の��
展示内容
今回、幕張メッセで開催された SEMICON JAPAN「セミコンジャパン出展報告」

燃料電池搭載型模型電車のシステムの概要を以下に
専攻科応用化学コース 桶谷 龍成
電解装置では、電解液種として海水や蓄糞処理時に発2013 の「The 高専＠SEMICON」に、大阪府立大学高機械工学コース
植本 大毅 永野 風矢
記述し、システム図を図2 に示す。
生するアンモニア等を利用することができるが、電極に専の専攻科工学特別実験実習の1 テーマで実施してい燃料電池を搭載した鉄道模型車両の実演展示① 電力をレールからとり、水溶液を電気分解 そ使用する白金が非常に高価であるという欠点を持つ。

る内容について、株式会社フジキン様のブースをお借り
大阪府立大学工業高等専門学校

電解装置では、電解液種として海水や蓄糞処理時に発生② 生成した水素を水素貯蔵合金に貯蔵
こで比表面積が金属平板よりも大きく、十分な反応面積して実演展示させていただいた。
専攻科応用化学コース 桶谷 龍 成の「The 高専＠ SEMICON」に、大阪府立大学高専の専攻
うえもと だ い き
な が の ふう や
工学特別実験実習は専攻科
12
機械工学コース2 年後期科目として週
植本 大毅 永野 風矢
科工学特別実験実習の１テーマで実施している内容につい③ 貯蔵していた水素を PEFC に供給が得られる多孔質金属紙を電極として使用することで、工学特別実験実習の紹介

今回、幕張メッセで開催された SEMICON JAPAN2013
おけたに りゅうせい

時間（1時間当たり 45 分）の授業があり、他の専門コて、株式会社フジキン様のブースをお借りして実演展示さ指導教員 山内 慎 杉浦 公彦
やまうち まこと

すぎうら きみひこ

せていただいた。
ースの学生と協力して同一課題に取り組んでいる。
授業
工学特別実験実習は専攻科２年後期科目として週12時間

目標は工学の色々な専門分野の知識と技術を融合する
工学特別実験実習の��（１時間当たり45分）の授業があり、他の専門コースの学生

指導教員

山内 慎杉浦公彦

するアンモニア等を利用することができるが、電極に使用する白金が非常に高価であるという欠点を持つ。そこで、④ 金属平板を電極として用いたときよりも高性能
PEFC で発電し、駆動車を動かす
安価で、比表面積が金属平板よりも大きく、十分な反応面積が得られる多孔質金属紙を電極として使用することで、安価で、な電解装置が開発できるのではないかと考えた。
��H２H２
金属平板を電極として用いたときよりも高性能な電解装置が開発できるのではないかと考えた。
駆動車

展示内容
PEFC

PEFC

水素貯蔵分解装置

ことにより、工学的課題を解決できる能力を身につける
今回、幕張メッセで開催された
SEMICON JAPANと協力して同一課題に取り組んでいる。授業目標は工学の展示内容
燃料電池搭載型模型電車のシステムの概要を以下に

色々な専門分野の知識と技術を融合することにより、工学ことと設定されている。我々のテーマは、多孔質金属紙
2013の「The 高専＠SEMICON」に、大阪府立大学高燃料電池搭載型模型電車のシステムの概要を以下に記述記述し、システム図を図2 に示す。

的課題を解決できる能力を身につけることと設定されてい（メタルペーパー）を用いた電解装置の作成であり、今専の専攻科工学特別実験実習の1 テーマで実施している。我々のテーマは、多孔質金属紙（メタルペーパー）を回の SEMICON株式会社フジキン様のブースをお借りJAPAN 2013 では、電解装置で生成しる内容について、用いた電解装置の作成であり、今回の SEMICON JAPAN��し、システム図を図２に示す。
図 2 燃料電池搭載型模型電車のシステム図①①

電力をレールからとり、水溶液を電気分解

電力をレールからとり、水溶液を電気分解生成した水素を水素貯蔵合金に貯蔵② ②生成した水素を水素貯蔵合金に貯蔵た水素を燃料電池に供給し、発電により走行する鉄道模して実演展示させていただいた。
2013では、電解装置で生成した水素を燃料電池に供給し、③貯蔵していた水素を貯蔵していた水素を③上記システムは非電化区間への適用を想定している。
PEFCPEFCに供給 に供給発電により走行する鉄道模型車両の実演をさせていただい型車両の実演をさせていただいた。
工学特別実験実習は専攻科
2 年後期科目として週 12④ ④PEFCで発電し、駆動車を動かす
現在、非電化区間ではディーゼル機関車が走行している
PEFCで発電し、駆動車を動かす

多孔質金属紙（メタルペーパー）とは太盛工業（株）
時間（1時間当たり 45 分）の授業があり、他の専門コが、その動力源を PEFC と置き換えることで、地球環が開発した紙のように薄く、比表面積が極めて大きい金ースの学生と協力して同一課題に取り組んでいる。
授業
した紙のように薄く、比表面積が極めて大きい金属のこと

H２H２境負荷低減につなげたいと考えている。

た。

多孔質金属紙（メタルペーパー）とは太盛工業㈱が開発

電気属のことである。表1 にその物性を示す。
である。表１にその物性を示す。
目標は工学の色々な専門分野の知識と技術を融合する

昨年は、アンモニア電解装置および生成した水素に含ことにより、工学的課題を解決できる能力を身につけるまれる不純物を取り除くためのトラッパー部を設計・製

表 1 多孔質金属紙の物性ことと設定されている。我々のテーマは、多孔質金属紙作し、静態展示した。今年度は電解装置の改良を目的と（メタルペーパー）を用いた電解装置の作成であり、今材料 SUS, Cu, Ni, etc.

し、電極に多孔性金属紙を用いた。この多孔性金属紙を
図図２
2 燃料電池搭載型模型電車のシステム図
燃料電池搭載型模型電車のシステム図

表１

多孔質金属紙の物性

回の SEMICON 厚み
JAPAN 2013
では、電解装置で生成し1～0.03mm

空孔率50～80vol.%た水素を燃料電池に供給し、発電により走行する鉄道模空孔径200～0.1μm型車両の実演をさせていただいた。

駆動車

PEFC

PEFC

水素貯蔵

分解装置

電気

用いた電解の予備実験では、通常の平板の電極と比較し上記システムは非電化区間への適用を想定している。現て性能は向上した。展示に用いた電解装置・燃料電池搭
上記システムは非電化区間への適用を想定している。

在、非電化区間ではディーゼル機関車が走行しているが、載型鉄道模型および構成要素を図3 に示した。
現在、非電化区間ではディーゼル機関車が走行している
その動力源を PEFC と置き換えることで、地球環境負荷低多孔質金属紙（メタルペーパー）とは太盛工業（株）

1．電解装置が、その動力源をPEFC と置き換えることで、地球環減につなげたいと考えている。

が開発した紙のように薄く、比表面積が極めて大きい金

昨年は、アンモニア電解装置および生成した水素に含ま水酸化カリウム水溶液を用い、正極と負極はイオン交境負荷低減につなげたいと考えている。

属のことである。表 1 にその物性を示す。
表 1 多孔質金属紙の物性

材料 SUS, Cu, Ni, etc.
図 1 多孔質金属紙の厚み
1～0.03mm1 例
空孔率50～80vol.%空孔径200～0.1μm
図１ 多孔質金属紙の１例
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SEAJ Journal 2014. 1 No. 144

れる不純物を取り除くためのトラッパー部を設計・製作し、換膜で仕切っている。
昨年は、アンモニア電解装置および生成した水素に含静態展示した。今年度は電解装置の改良を目的とし、電極

2．バッファー
まれる不純物を取り除くためのトラッパー部を設計・製に多孔性金属紙を用いた。この多孔性金属紙を用いた電解電解装置より生成した水素に含まれる水酸化カリウの予備実験では、通常の平板の電極と比較して性能は向上
作し、静態展示した。今年度は電解装置の改良を目的とした。展示に用いた電解装置・燃料電池搭載型鉄道模型おムのミストを除去する装置であり、純水で満たされておし、電極に多孔性金属紙を用いた。この多孔性金属紙をよび構成要素を図３に示した。

り、バブリングすることでミスト分を除去する。
用いた電解の予備実験では、通常の平板の電極と比較し１．電解装置て性能は向上した。展示に用いた電解装置・燃料電池搭
水酸化カリウム水溶液を用い、正極と負極はイオン交換膜で仕切っている。
載型鉄道模型および構成要素を図3 に示した。

1．電解装置水酸化カリウム水溶液を用い、正極と負極はイオン交換膜で仕切っている。

高専／高校セミコン
２．バッファーの丸型 PEFC を発電に用いることで展示した。ブースに来電解装置より生成した水素に含まれる水酸化カリウムのられる人が増えてくる時間は、電解装置を車両の貨物部分ミストを除去する装置であり、純水で満たされており、バに搭載し、実際に電解装置で生成した水素を用いて鉄道模ブリングすることでミスト分を除去する。

型を動かした。おおよそ、電解装置に５～６V 程度の負荷３．燃料電池をかけ、PEFC は４V 強の発電性能が得られ、図３の車両

パッシブ型の固体高分子形燃料電池（PEFC）で、セパレーがゆっくりと周回する様子をご覧いただいた。

タには SUS316L を金属射出成型法（MIM）により製作し、２日目は展示に加え、フジキン様のブースにてパワーポ表面は金メッキ処理している。６セルスタックで、電極面イントを用いたプレゼンテーションを永野君が行った。まは20mm×20mm とした。

た、初日より電解装置の液漏れが生じたため、２日目はその修復などを行いながら展示を続けた。
３日目は、燃料電池の発電量が３V 代に低下し、鉄道模型がわずかに動く程度となった。この原因として、トラッパーで回収できなかった水酸化カリウム水溶液のミストが燃料電池の白金触媒を被毒させたためと考え、燃料電池を分解してセパレータを洗浄し、膜電極接合体（MEA）を新品のものに交換後、組み立てを行った。出力は４V まで回復したものの、常時鉄道模型を動かす出力が得られず、不安定であった。今回明らかになった課題としては以下の３点であり、これらを来年度までに改善する課題としたい。

図３

電解装置・燃料電池搭載型鉄道模型

１点目は電解装置の液漏れである。電解装置の水素に対するシール性向上による耐圧性能の改善に向けた装置製作である。２点目は、燃料電池の出力安定性である。これに関しては現在開発中の丸形の燃料電池にすることで、発電時に生成する酸性の水をうまく燃料電池外に排出することで、起動停止回数に依存する金属セパレータの腐食による導電性能の維持を図る。また、燃料電池中の触媒層は本校で合成を行い作成したものであるため、市販品ほど安定的に性能を維持することができなかったことから、今後はより安（a）電解装置定な触媒層の作成を目指して研究を進めていきたい。３点目はトラッパー液種の検討である。今回は電解装置の耐圧性能不足により、複数のトラッパーを介した水素供給ができなかったことに加え、純水を用いたため十分な中和ができていなかった可能性があり、今後は中和に最適な液種を検討する。

（b）トラッパー
図４（c）PEFC

燃料電池搭載型模型電車の構成要素―感想―
SEMICON JAPAN 2013に参加して実験室では、純水素をマスフローコントローラーにより展示会では図３のように製作した模型電車を展示した。

最適な運転条件下で PEFC の開発に取り組んでいるが、実模型車両の貨物部に搭載した電解装置によって、水酸化カ際に電解装置と組み合わせることで、システム全体としてリウム水溶液を電解し、生成した水素を PEFC へ供給、酸の改善課題を見出す良い機会となりました。また、研究内

素は大気中の空気を取り入れることにより発電する。展示

容を来場者の皆様にご説明申し上げて、研究の意義をお伝

１日目、展示開始直後は燃料電池の性能を確認するため、えすることが専門分野の学会発表とは異なり、大変難しい可搬型の純水素ボンベを用いて模型電車を動かした。同時と感じました。非常に貴重な経験をする機会を得ることがに、電解装置は別で稼働させ、生成した水素は現在開発中できたことに感謝申し上げます。

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