燃料電池技術の現状及び今後の展望
横浜国立大学 グリーン水素研究センター
日本学術振興会 特別研究員
大城 善郎
横浜国立大学 産学連携研究員
石原 顕光
横浜国立大学 特任教授
太田 健一郎抄録
近年におけるエネルギー資源問題、環境問題の解決のために、より安全で効率の高いエネルギー変換装置が要求されている。燃料電池は燃料の持つ化学エネルギーを効率よく電気に変換でき、環境に優しいシステムとして期待され ､ 開発が進められている。定置用のエネファームは 2009 年に世界に先駆けて我が国で販売が始まった。燃料電池自動車は 2015 年に日、米、欧を中心にして販売が開始される予定である。さらに、これからの豊かな社会の持続的成長に向けて期待されている、再生可能エネルギーをもととするグリーン水素エネルギーシステムでは、その特徴が最も発揮できるはずである。本稿では
この燃料電池の種類、発電原理、特徴および技術開発の現状と今後への期待について紹介する。

1. はじめに

燃料電池は、理論的には高い発電効率が期待されるため、既存の電力系統に連係して分散型発電装置としての位

化石エネルギーの多消費による大気中の二酸化炭素濃度

置づけで主に開発されてきた。他方、自動車に代表されるの上昇に基づく地球温暖化が深刻化している。これには異移動用電源としての燃料電池は世界各国で開発競争が繰り論を示す向きもあるが、どのモデルでも二酸化炭素濃度増広げられている。また、携帯用の小型電源としては、充電

大により地球の温度は上昇する。そのため、二酸化炭素排の不要な電池として燃料電池が考えられている。ここで出量削減が叫ばれている。その一方で、2011 年 3 月 11 日

は、これらの燃料電池の原理をまず考え、さらに技術開発

2 時 46 分 18 秒に起きた東日本大震災、それに続く福島原の現状とこれからの展望を示すことにする。

発の未曾有の事故を機に、より安全で持続可能な新たなエ2. 燃料電池の原理と特徴

ネルギー供給源が求められている。人類のエネルギー消費量を大幅に減少させることなく、二酸化炭素の排出量を削減するためには、再生可能エネルギー利用の推進はもちろ燃料電池では燃料と酸化剤から電気化学反応を用いて電んのことであるが、当面は化石燃料の持つ化学エネルギー

気および熱エネルギーを取り出される。図 1 に燃料電池のの徹底した有効利用が重要である。そのため、カルノー効

基本構成を模式的に示す。燃料電池の基本要素は、電子伝率の制限を受けることなく、化学エネルギーを電気エネル導体である 2 つの電極（酸化反応が起こるアノードと還元

ギーに直接、高効率で変換可能な燃料電池がこれまでにも反応が起こるカソード）とイオン伝導体である電解質の 3増して注目されている。

つから主に構成される。ここでの特徴は ､ 通常の化学反応

燃料電池とは外部から燃料と酸化剤を連続的に補給しつ

は酸化反応と還元反応が同一の場所で起こるのに対し、燃つ、化学反応により得られるギブズエネルギー変化を電気

料電池反応、すなわち電気化学反応は酸化反応（アノードエネルギーに変換するシステムである。研究の歴史は古反応）と還元反応（カソード反応）が別の場所で起こり、く、1839 年のスイスのションバイン 1）あるいはイギリス

このアノードとカソードの間に電解質が介在することにあのグローブ卿 の実験に始まり、我が国でも 1935 年に田る。図 1 には燃料に水素、酸化剤に空気（酸素）を用いた

丸らの発表がある 。 民生用燃料電池の大規模開発は場合であるが、化石燃料をベースにした場合、通常では水1960 年 代 の 米 国 の リ ン 酸 形 燃 料 電 池（PAFC） 開 発

蒸気改質反応を利用して水素が作られる。燃料電池の全反（TARGET 計画）に始まる。その後の固体高分子形燃料電

応は水素と酸素から水ができる反応である。

2）3）池（PEFC）開発の進展により ､ いままさに大規模実用化が

図 2 にはこの水生成反応のエネルギー変化を示す。この始まろうとしている。

反応は自発的に起こる反応であり、反応の際に外部にエネ

1）C.F. Schoenbein, Philosophical Magazine, p.43, January（1839）.
2）W.R. Grove, Philosophical Magazine, p.129, February（1839）.
3）田丸節郎、落合和男、日本化学会誌、56, 92, 103（1935）.

tokugikon

12

2012.5.14. no.265

エNEXT ENERGY TECHNOLOGY

電解質

ここで挙げた燃料に関して、いずれも理論起電力は約 1 V

交流電流

アノード

インバータ

水素

直流電流

改質器

燃料

であるが、電気エネルギーへの変換効率は大半が 90% 以上であり、室温のシステムとして非常に高い値である。注
目すべきはこれらが室温付近で可能であることである。熱機関は室温の熱のみでは作動させることは出来ない。

カソード

酸化剤（空気）しかし、これらの燃料の中で、白金などの高価な触媒を燃料電池本体多量に用いても常温で充分な電気化学的な活性を示すもの

図１ 燃料電池の基本構成

は水素のみである。若干の反応を示すものはメタノール、
ヒドラジン、ジメチルエーテルまでで、他の燃料は電池として利用できる速さでは反応しない。良好な電極触媒がな

H2(g) + 1/2O2(g)い現状では、メタノールを燃料とする場合でもいったん水素に改質して利用した方が総合エネルギー効率は高くなる。

ΔH = 286 kJ/molo

燃料に水素、酸化剤に酸素を用いる場合、生成するのはΔG o = 237 kJ/mol

水のみであるため、騒音、振動、環境汚染物質などは全く何もない。燃料電池がスペースシャトルなど宇宙空間での人間活動に無くてはならない理由の一つである。水素が安TΔS o = 49 kJ/mol

価で容易に手に入る時代になると、より期待できる発電シ

H2O(l)
図2

ステムとなる。

水生成反応のエネルギー（25℃）
燃料電池による発電の主な特徴は次に示す通りである。

ルギーを放出する。この放出されるエネルギー（Δ H 、エンタルピー）は仕事（Δ G 、ギブズエネルギー）と熱（T Δ S ）●特徴に分けられる。原理的には、この仕事（Δ G ）の減少分が燃（1）理論発電効率が特に低温で高い料電池（電気化学システム）を用いると電気エネルギーと（2）単セルの電圧が 1 V 以下の直流電源

して外部に取り出される。この図で示す数値は 25℃におい（大出力化には、大量の物質を遅滞なく反応させる工


て水
（液体）
が生成するときの値（HHV）である。原理的には、

夫が必要）

25℃で得られるエネルギーの大部分が電気エネルギーに変（3）二次元反応装置であるため、体積当たりの利用効率が換できる。燃料電池では化学エネルギーの変化を直接電気

悪い

エネルギーに変換するため、乾電池、二次電池と異なり電（4）スケールメリットが少ない代わりに、小型でも効率低池容量に制約はない。エネルギー源となる燃料を外部から

下は小さい

連続的に供給することで半永久的に電気エネルギーを取り（5）小さい環境負荷、低騒音・低公害発電システム

出すことが可能である。密閉型の乾電池が電気エネルギー（特に窒素酸化物の排出はほとんどない）を蓄える装置だとすると、燃料電池は電気エネルギーを得るエネルギー変換デバイスと考えることができる。

この中で、発電効率の高さは燃料電池の特徴として最も注

原理的に炭素を含む炭化水素は燃料電池の燃料となる。

目されている点である。理論的なエネルギー変換効率としては

表 1 には燃料電池に関係しそうな燃料の酸化反応の 25℃における熱化学データおよび燃料電池で作動させたときの変換効率＝
（得られた電気エネルギー）／（投入した燃料

理論起電力、電気エネルギーへの変換の理論効率を示す。
表1
燃料
水素
メタン
一酸化炭素
炭素（グラファイト）
メタノール
ヒドラジン
エタノール
ジメチルエーテルのエネルギー）

各種燃料の酸化反応、理論起電力、理論効率（25℃）
反応

H2（g）+ 1/2O2（g）= H2O（l）
CH4（g）+ 2O2（g）= CO2（g）+ 2H2O（l）
CO（g）+ 1/2O2（g）= CO2（g）
C（s）+ O2（g）= CO2（g）
CH3OH（l）+ 1/2O2（g）= CO2（g）+ 2H2O（l）
N2H4（l）+ O2（g）= N2（g）+ 2H2O（l）
C2H5OH（l）+ 3O2（g）= 2CO2（g）+ 3H2O（l）
CH3OCH3（g）+ 3O2（g）= 2CO2（g）+ 3H2O（l）

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13

ΔHo
ΔGo
［kJ/mol］ ［kJ/mol］
-286
-237
-890
-817
-283
-257
-394
-394
-727
-703
-622
-623
-1367
-1325
-1460
-1390

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起電力
［V］
1.23
1.06
1.33
1.02
1.21
1.61
1.18
1.20

効率
［％ ］
83
92
91
100
97
100
96
95

と考えられる。今、単純に燃料として水素、酸化剤としてカソード反応抵抗や電解質抵抗の低減が高効率燃料電池開酸素を用いる燃料電池を考えると、25℃では理論的に発上の大きな技術課題となっている。

HHV で 83% の効率が得られる。燃料電池が環境に優しいシステムと呼ばれる最も大きな理由は常温付近におけるこの高い理論効率である。燃料電池の理論効率は電池の作動

1.0

温度で異なってくる。先に述べた水素・酸素燃料電池の反
電圧

カソード反応抵抗
アノード反応抵抗

応は発熱反応であり、高温になると得られる理論電気エネ
ルギーは減少する。燃料電池の効率は温度上昇とともに低

膜抵抗

［V］

下するが、カルノー効率は向上する。

物質移動律速
セル電圧

0.0

100

0

電流密度［A/ ㎠］複合発電の理論効率80

効率

カルノー効率

図460

燃料電池の理論効率［%］ 40

燃料電池の電圧と電流の関係

3. 燃料電池の種類

20

燃料電池にはいくつかの種類があり、主に電解質により
0

500

1000

1500

分 類 さ れ て い る。 表 2 に は そ の 特 徴 を ま と め て 示 す。

2000

200℃以下の低温で作動させる燃料電池の場合、一般的に

温度［K］

図3

用いられる電極触媒はアルカリ形燃料電池（AFC）を除き

燃料電池理論効率の温度依存性

白金系触媒である。白金電極の場合、燃料を改質して含まれてくる一酸化炭素（CO）による被毒、失活を配慮せざる

図 3 に 示 す と お り、 常 圧 の 水 素・ 酸 素 燃 料 電 池 で はを得ない。本来、低温作動させる燃料電池では材料選択性

1000 K 以上では熱機関の方が理論効率は高くなる。理想が広いはずだが、リン酸形燃料電池（PAFC）、固体高分子

的には燃料電池は常温作動する方が電気エネルギーを最大形燃料電池（PEFC）に関して、電解質は酸性であるため、限に取り出しうるが、実際には高い反応速度を得るには良

高耐食性および高い触媒活性を有する白金などの希少金属

好な電極触媒とある程度の温度が必要である。

が用いられる。これは燃料電池のコストダウンが進まない

燃料電池の理論効率は高い値を示すが、実際に運転する

大きな理由となっている。

と種々の要因によりエネルギー損失が起こる。エネルギー

AFC は性能も良く、材料も Ni 系の金属が利用可能であ

損失には改質器、インバータの効率も関係するが、これらるが、電解質の維持を考えると純水素と純酸素しか利用での効率は非常に高い。燃料電池システムのボトルネックはきない。酸化剤に空気を用いると ､ そこに含まれる二酸化燃料電池本体にある。電圧は電池内での各種抵抗による電炭素により電解質の維持が困難となり、電解液の再生が必

圧損失による低下を起こす。図 4 にはこれを模式的に示し要になる。これまでは宇宙用などの特殊用途しか考えていた。抵抗成分にはカソードおよびアノードでの反応抵抗、なかったが、水素エネルギー時代に向けて、純水素、純酸

物質移動の抵抗、電解質抵抗、電極あるいは導体の抵抗が素が利用できるようになると地上での民生用として最も安あり、電圧損失は電流増大とともに大きくなる。燃料電池

価に出来る可能性があり、現代技術でもう一度見直してもの種類や運転状態によるが、これら4 つの抵抗成分のうち、良い燃料電池である。

表2
種類
温度［℃］
燃料
酸化剤
電解質
電荷担体
電 アノード極 カソード

燃料電池の種類

直接メタノール形 アルカリ形 固体高分子形
DMFC
AFC
PEFC
5 ~ 605 ~ 150
5 ~ 150
5 ~ 150
ヒドラジン
メタノール
H2（不含 CO2）
H2
空気 , H2O2
空気
O2（不含 CO2）空気
陽イオン交換膜 ,陽イオン
KOH 水溶液
KOH 水溶液
硫酸水溶液
交換膜
OH －
H＋
OH －
H＋
Pd/Ni
Pt/C
Raney Ni/Ni
Pt/C
Pt/C

ヒドラジン形

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14

リン酸形
PAFC
160 ~ 210
H2
空気
高濃度 H3PO4
水溶液
H＋
Pt/C

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溶融炭酸塩形
MCFC
600 ~ 700
H2, CO空気
Li2CO3/K2CO3,
Li2CO3/Na2CO3
CO32 －
Ni
NiO

固体酸化物形SOFC
700 ~ 1000
H2, CO空気
ZrO2（Y2O3）O2 －Ni
LaNiOxエNEXT ENERGY TECHNOLOGY
高温動作させる燃料電池である溶融炭酸塩形燃料電池

電池の大いなる展開を促した良い例と言える。

（MCFC）および固体酸化物形燃料電池（SOFC）は高価な白この燃料電池は今日の自動車をはじめとする移動用、あ金触媒が不用であり、CO も燃料として利用することがでるいは小型家庭用にと最も精力的に開発が進められていきる。しかし、材料の安定性、特に熱衝撃に対する耐性がる。コストはまず大きな問題であるが、それ以外にも技術問題となる。MCFC はアルカリ金属の炭酸塩を電解質に用的に次のような課題がある。

い、650℃程度で運転される。米国、欧州では 200 kW ク
ラスのものが数十台のレベルで順調に稼働しており、その●技術課題

燃料多様性、高いエネルギー効率はもっと注目すべきであ（ⅰ）燃 料由来 CO による電極被毒：CO は白金と強く吸着る。世界的に見ると、現在、燃料電池として最も設置容量し活性点を潰すため、CO 濃度は 10ppm 以下にするの大きいものはこの MCFC である。ここでは SOFC も同様必要あり

であるが、高温を利用した内部改質が可能である。これは（ⅱ）水分管理：イオン交換膜に適度な湿り気がなければ、

燃料改質を燃料電池内で行うもので、吸熱反応である改質

膜抵抗上昇，あるいは多すぎれば反応抵抗増大とそ反応へ燃料電池の廃熱が有効利用できるので、総合効率をの水分制御が難しい

高めるのに有利である。また、電解質中を炭酸イオンが移（ⅲ）白 金またはイオン交換膜材料であるフッ素源に資源動して電気を運ぶので、炭酸ガスの濃縮が簡単に行える。

的制約があり、大量普及に向けてコストとともに資さらに、構成材料から考えて最も安価な燃料電池となる可源量を考える必要あり能性がある。汚水処理場などで発生するメタンを燃料とし1.6て発電する 200 〜 300 kW サイズの MCFC は今後の展開が期待される。我が国では開発が停止されているが、欧米、

熱中性電圧（25℃）

1.2

SOFC は酸化物イオン伝導性を持つ固体酸化物を電解質

電圧それに韓国では大規模な開発が進められつつある。
に用い、800℃から 1000℃で作動させる。これには大き［V］

く平板型と円筒型がある。平板型は主として欧州で開発が

MCFC
SOFC

0.8

DMFC

PEFC

PAFC

0.4

進められている。内部抵抗が小さく ､ 高効率となるがシール剤に適切なものが無く、大型化の大きな障害となってい0る。円筒型はガスシール剤が不要であり ､ 我が国をはじめ

0

100

200

300

400

電流密度［mA/ ㎠］

実用に近いものは ､ いずれもこのタイプである。大型のも※常圧 , 燃料利用率 70 ~ 85%のはガスタービンのトッピングサイクルとして超高効率化

図5

技術への活用が期待されている。近年、我が国で開発された、扁平平板型は、小型で高効率が得られる SOFC として

燃料電池の電流電圧特性

図5にはこれら各種燃料電池の電流—電圧特性を示す。

注目されている。昨年末に販売が開始されたが、震災の影

PEFC、直接形メタノール燃料電池（DMFC）では本来最も高響もあってか、 当初の予想よりも多くの家庭用定置型

い開回路電圧（OCV）を示すはずであるが、実際にはかなりSOFC の普及が進んでいる。

低くなっている。この要因は、用いる電極触媒の触媒活性

PEFC は電解質膜にイオン交換膜を利用する。 かつてが不足であることと共に、電解質膜を通して燃料がアノード

ジェミニ衛星の電源としてこの固体高分子電解質とする燃側からカソード側へと移動し、カソード電位を酸素還元と燃料電池が用いられたが、これは炭化水素系のイオン交換膜

料酸化の混成電位にしていることが大きく効いていると思わで耐久性が無かった。その直後にフッ素樹脂系イオン交換れる。このような燃料の移動は電圧と電流効率の両方に影膜の発表もあったが、その後開発の進んだ AFC に宇宙用

響を与えるので、大きく効率低下を招くことになる。

は取って代わられている。

図 5 にある MCFC の OCV はほぼ理論通りの値を示して1980 年代に米国にてイオン伝導性の高い新たなフッ素

いる。定格点（150 mA/cm2）での電圧も 0.9 V を越え、開樹脂系のイオン交換膜が発表されて以来、これを用いた燃

発中の燃料電池の中で最も高い電圧が得られており、最も2

料電池は電流密度が 1 A/cm 以上も容易に可能であること

発電効率の良い燃料電池として期待できる。650℃付近のが分かり、飛躍的に性能を伸ばしている 4）。自動車用燃料

温度を考えると ､ 理論電圧はそこそこに高く、かつ電極反電池の出力密度が 2 kW/L 以上となると自動車用エンジン

応も白金触媒に頼らなくても進めることが出来る。燃料電とほぼ同程度かそれ以上である。この電解質膜は、側鎖が池 に と っ て 理 想 に 近 い 温 度 で あ る と 言 え る。 し か し、短く、イオン交換容量が大きい。一つの材料開発が、燃料

MCFC では液体系の溶融塩電解質を用いるので、その厚さ

4）S.Srinivasan et al; Proc.1st International Fuel Cell Workshop, p.119, Sept.16（1989）Tokyo, Japan.

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が 1 mm 程度と最も厚く、電解質抵抗が大きくなり高い電から 200 kW クラスを主に考えられてきた。現在でも ､こ

流密度、高い出力密度での運転では損失が大きくなる。

のサイズでの商用機が日米で販売されている。しかしながPAFCと比較して、PEFCはPAFCとほぼ同程度の性能を示ら、その高いコストと電力変換の効率が充分に高くないこしているが、さらに高い電流密度で運転することが可能であとから、普及は限られた範囲となっている。しかし、福島る。PEFCにおいて二次元反応装置の燃料電池の欠点である

原発の事故以来、非常用電源、あるいは災害対策の電源と出力密度の向上が実現できたことは素晴らしい。図5で PEFC

して再び注目を浴びようとしている。特に、9.11 以来の米をはじめとして、低温作動の燃料電池では OCV から低電流

国のシンボルであるフリーダムタワーの電源の 30％はこの密度において、電圧の低下が著しい。この原因は電極過電圧、PAFC でまかなわれる計画であり、その成果が注目される。

電極／電解質界面における電荷移動反応抵抗に起因していPEFC に関して、導電性に優れた新しいイオン交換膜のる。前述の図4にあるように、空気極の反応抵抗は非常に大出現は、燃料電池の大きな欠点であった出力密度の向上にきい。燃料電池に不可逆性をもたらしているのは白金表面上寄与し、自動車エンジンと対抗しうるまでになった。さらで起こる酸素還元反応の遅さにあり、現在一般的に用いられに、PEFC の電解質として固体高分子の利用は、これまでている白金触媒でも活性は不十分と言える。白金の資源的制の PAFC,約および触媒としての活性の不十分さを鑑みれば、白金代替な自由度を与えることになって、燃料電池の用途を広げる

触媒の開発はこの燃料電池の大量普及に向けて是非とも必ことになりつつある。

AFC 等の液体電解質と異なり、その形状に大き要である。PEFC 用カソード触媒として筆者らが提案してい分散型電源として我が国では PEFC の 1 kW 級の家庭用

る周期律の4族、5族の金属酸化物をベースに、炭素、窒素

燃料電池が大規模実証の成果をもとに 2009 年から実用化を適量含ませたものは、白金より酸性電解質中で安定であり、に入った。震災後の計画停電などが影響してか、平成 23

酸素還元触媒能も白金に近づきつつある 。

年度における民生用燃料電池導入補助金は約 15,000 台ま5）

DMFC はメタノールを直接電気化学反応に利用する燃料

でのぼり、 予想より早く補助金を使いきってしまった。

電池である。液体燃料であるメタノールを改質器なしに利3,000 台の実証から始まり、耐久性も 10 年が見込めるよ用できる利点がある。しかし、白金触媒を用いてもメタ

うになり、まさに燃料電池開発にとって画期的なこととノールの酸化反応の反応速度が遅く、反応副生成物によるなった。コストに関して問題が残るが、大量普及によりか

白金触媒の被毒による性能低下が著しい。最近ではイオン

なりのコスト低下が見込めるはずで、化石燃料の超高効率交換膜を改良し、150℃程度で作動させることにより高い利用の先陣として意義が深い。

出力密度が得られるようになった。図 5 に示すように、0.3

移動用、電気自動車用電源としての燃料電池は世界各国

W/cm 近い出力が得られている のはかつての硫酸電解質の自動車メーカーが開発競争をしているところである。

中での結果と比較して驚異的といえる。しかし、水素の場

1980 年代の高性能イオン交換膜の出現により、燃料電池合に比べて多量の白金触媒を用いること、電解質を通しての出力密度が実用域に近づいたことが大きい。電気自動車のメタノールの移動が大きく、大きなエネルギー損失ととの競合を考える向きもあるが、原子力発電に期待できななっている。近年では、同じアルコール類でもバイオ燃料

くなった現状では、再生可能エネルギーを用いて作られたとしてのエタノールに注目されている。液体としてエネル

グリーン水素を用いる燃料電池車が究極の環境対応車とな

ギー密度が高く、バイオ燃料として作られると二酸化炭素

ることは間違いない。世界中の自動車メーカーは 2015 年

フリーの燃料となる。さらに白金上ではそこそこの速度でに実用的な燃料電池自動車を市場に出す宣言を発してい反応する。しかし、炭素—炭素間の結合を電気化学的に切る。当初はドイツから燃料電池車の早期実用化宣言がなさ断するのが困難であり、生成物の主体がアルデヒドとなっれたが現在では世界で協調した動きとなっている。このたてしまう。完全酸化を行うには 100℃以上の高温が必要でめのインフラ整備も重要であるが、これに関して我が国である。これらの電池は効率を優先に考えるシステムには向は、まず、東京、名古屋、大阪、九州北部の 4 大都市圏をいていないが、燃料補給を含めて原理的に簡便なシステム

中心に水素ステーションを 100 カ所程度、2015 年度までが可能であるので、二次電池代替の超小型燃料電池（microに、これは国が主体となって進める準備がなされている。

2

6）

fuel cell）には向いている。

他の燃料電池の用途として、数μ W から10 W 程度の出力の超小型燃料電池がある。これは発電装置と言うよりは、

4. 燃料電池の用途

二次電池の代替と考えることが出来る。メタノール燃料を用いた小型燃料電池が安全性をクリアして航空機でも持ち

燃料電池は小型でこそ、その特徴が最大に引き出せる。

運べるようになっている。この超小型燃料電池の燃料とし民生用の燃料電池としては、古くは PAFC 中心に、50 kWてはメタノール、エタノール等のアルコール類あるいは水5）太田健一郎 , 石原顕光 , 燃料電池 , 8, 89-93（2008）.
6）S.Gottesfeld et al, Hydrogen Energy Progress XI, p.1637, Intnl. Assoc. Hydrogen Energy（1996）.

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2012.5.14. no.265

エNEXT ENERGY TECHNOLOGY素が考えられている。水素を燃料に用いるには貯蔵が大き境に優しい発電システムである。とくに、水素エネルギーな問題となるが、これには金属水素化物、あるいはケミカ

システムが実現し、水から容易に水素が得られる時代が来ルハイドライドが考えられている。ここではエネルギー変ると大いに実力を発揮することであろう。

換効率はそれほど問題ではない。使用に当たっての簡便さ

燃料電池の特性を生かすには、その構成要素たるアノーと1回の燃料補給で何時間持つかの方が重要である。

ド、カソード、電解質、セパレータ（集電体）の機能向上
は欠かすことが出来ない。コスト高をうち消すためにも、

表3一段とした性能向上が必要であり、そのためには、基礎か燃料の電気エネルギー密度 *

燃料
H2(l)
LaNi5H6
CH3OH
N2H4
Li
Zn

ら始まる材料に関する着実な研究が常に望まれている。

体積密度［kJ/mL］ 重量密度［kJ/g］
8.3
117.6
10.6
1.6
17.5
22.1
19.9
19.7
21.8
40.8
34.3
4.8

profile大城 善郎（おおぎ よしろう）
2011 年 3 月 横浜国立大学大学院 工学府 博士課程後期 修了
2011 年 4 月 （独）日本学術振興会 特別研究員
2012 年 4 月〜 熊本県産業技術センター 研究員＊燃料の酸素による酸化反応のΔ G（25℃）より計算

表 3 にはいくつかの燃料の酸素による酸化反応を想定したときの燃料の持つ電気エネルギーの密度を示した。小型化の意味では、体積密度が大きく影響するが、メタノール
はかなり大きな値であり、金属水素化物もそこそこである。一方、携帯用を考えると、その重さも重要な因子になる。金属水素化物は金属の重さが影響して、重量当たりではエネルギー密度は小さい。デカリン、シクロヘキサンな

profile

どの炭化水素の脱水素反応、水素化ホウ素ナトリウムの加水分解反応を利用する場合は水素密度が高くなるが、回

石原 顕光（いしはら あきみつ）

収、再生を考えたシステムを考える必要がある。

1993 年 3 月 横浜国立大学大学院工学研究科博士課程修了
1993 年 4 月 横浜国立大学非常勤講師
2001 年 4 月 科学技術振興機構 研究員
2006 年 4 月〜 横浜国立大学 産学連携研究員

5. おわりに
燃料電池の原理が見いだされて 170 年が過ぎようとしている。その間に内燃機関は大きな発展を見た。燃料電池に関してはいままさに実用化の段階に入りつつあるといって良いであろう。家庭用燃料電池を見れば ､ 排熱を有効利用してエネルギー利用効率が 80％を越えるまでになった。
これまでの自動車がピストンの往復運動を回転運動に替えて車輪を回すシステムから ､ 燃料電池自動車では電線でprofileモーターを回す時代に変わりつつある。使い易く ､ 環境に優しい燃料電池であるが、いずれの用途においてもコスト

太田 健一郎（おおた けんいちろう）

が大きな問題である。自動車用においてはコストを 2 桁、定置用においては 1 桁のコストダウンが要求されている。

1973 年 3 月 東京大学大学院工学系研究科博士課程修了
1973 年 10 月 東京大学工学部助手
1979 年 4 月 横浜国立大学工学部助教授
1994 年 4 月 横浜国立大学工学部教授
2011 年 4 月〜 横浜国立大学名誉教授、特任教授

しかし、大量生産が実現できれば必ずしも実現不可能ではないと思っている。
再生可能エネルギーをもととするグリーン水素エネル
ギーシステムは人類が持続型成長を達成できる唯一のエネ
ルギーシステムである。長い目で見て、非枯渇エネルギーを用いて水から水素を大量に安価に得られれば、理想のエ
ネルギーシステムが出来るはずである。この水素時代の水素を最も有効に活かせるのは燃料電池のはずである。燃料
電池は原理的には高効率で、排ガスもクリーンであり、環2012.5.14. no.265

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