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シCaョsFinalンe

最近よく耳にする注目の新技術、今後さまざまな製品に搭載される進化系の技術、その仕組みと最新の応用事例を紹介する。

クリーンで高効率な次世代エネルギー源金子浩美 株式会社 FIS

きな違いは、燃料を補充すれば、交換せずに使い続けられるという点にある。

燃料電池

燃料電池の原理は、イギリスのウィリアム・グローブによって 1839 年に考案された。グローブの研究が始まってから 50 年後に、イギリスのモンドとレンジャーによって、さらに研究が進められ、ジャックスやバウアーらが、これに続く研究を行った。そして 1952 年、イギリスのフランシス・T・ベーコンが性能を格段に向上させた燃料電池を開発し、特許を取得し た 。こ の 後 、アメリカ 航 空 宇 宙 局（NASA）によって、国家レベルでの燃料電池開発が行われ、ジェミニ 5 号に初めての燃料電池が搭載された。これが実用化の第 1 号である。しかし、ジェミニに搭載された燃料電池は、ベーコンの燃料電池と構造が異なり、性能も耐久性も十分でなかったため、1968 年のアポロ 7 号から 1972 年にアポロ 17 号まで採用された
燃料電池は、ベーコンの燃料電池に改良神奈川県産業技術総合研究所 マイクロアレイ型燃料電池を加えたものとなっている。
燃料電池は、電解質に使用する物質に石油など化石エネルギー資源の枯渇と地球温暖化の原因である温室効果ガモバイル機器の電源としても研究が進め

よって アルカリ 型（ A F C ）、リン 酸 型られている。

（PAFC）、固体高分子型（PEFC）、溶融スの削減。水素を燃料に使い、排出物は燃料電池は、乾電池や充電池と同じ化

炭 酸 塩 型（ M C F C ）、固 体 酸 化 物 型

水という燃料電池は、これらの課題に応学電池に分類される（本誌 2006 年 3 月号

（SOFC）の 5 種類に大別することができえる次世代のエネルギー源として注目さ「ソリューション ShowCase vol.10 乾電る（表 1）。電解質の種類の違いは、作動れている。実用化という点では、前号で池／充電池」参照）。化学電池とは、電池温度、燃料、触媒の有無などに影響す取り上げた太陽電池に遅れをとっている

内部の化学反応によって電気エネルギーる 。溶 融 炭 酸 塩 型 や 固 体 酸 化 物 型とが、大きな出力を得られる（高効率であを起こす電池のことであり、燃料電池いった作動温度の高い（600 〜 1,000 ℃程る）ことから、電気自動車の電源やホテは、水の電気分解（水に電気を通すこと度）種類では、触媒を必要とせず、排熱ルや病院などへの電源供給といった用途で、水素分子と酸素分子に分離させるこを有効に利用できるが、作動温度が高いへの適用が進んでいる。また、エネルと）と逆の処理をして、電子（電気エネルために用途が限られてしまう。一方、固ギー効率の高さから、容積の制限があるギー）を取り出す（図 1）。乾電池との大体高分子型のように作動温度が低い（室122 │ INTERNET magazine ││ │インターネットマガジン／株式会社インプレスR&D©1994-2007 Impress R&D

負極（燃料極）

電子

水素（H2）

水素イオン

電流

電解質

水（H2O）
酸素（O2）

正極（空気極）ソリュ ー ション
ShowCase

図 1 燃料電池の基本原理

温〜 200 ℃程度）種類では、高価な白金燃料電池の燃料には、水素を使用する搭載することが多く、据え置き型（定置などの触媒が必要となるが、モバイル機のが最も効率的である。しかし、水素型）の燃料電池では、原燃料のまま保管器での利用も可能である。また、最近モは、単独の状態では自然界に存在せず、し、改質しながら使用することが多い。

バイル機器向けに開発が進められている

現在は天然ガスや LP ガスのような炭化また、直接型メタノール燃料電池では、メ

燃料電池は、電解質に固体高分子膜を水素、メタノールなどのアルコール類からタノールを改質しないで、そのまま使用使用することから固体高分子型に分類さ取り出すことが一般に行われている。天する。このほか、微生物の力を借りて生れるが、燃料にメタノールを使用するな然ガスや LP ガス、メタノールなどを「原ゴミなどから水素を取り出すというようなどの理由で、直接型メタノール燃料電池燃料」と呼び、原燃料から水素を取り出研究も大学などで進められている。

（DMFC）
として、先の 5 種類とは別に分す工程を「改質」と呼ぶ。燃料電池自動類されることもある。

車などでは、あらかじめ改質した燃料を

名称

アルカリ型

リン酸型

固体高分子型

溶融炭酸塩型

略称

AFC

PAFC

PEFC

MCFC

SOFC

電解質

水酸化カリウム

リン酸

高分子電解質膜

リチウム・カリウム系炭酸塩

ジルコニア系セラミックス

作動温度

室温〜 200 ℃

150 〜 200 ℃

室温〜 100 ℃

600 〜 700 ℃

700 〜 1,000 ℃

発電効率

70%程度

36 〜 38%

30 〜 35%

45 〜 60%

50 〜 65%

主な用途

宇宙、軍事

ホテル、スイミングプール、病院、工場（中小規模）

家庭用定置システム、自動車、モバイル機器

大規模用途

大規模用途、家庭用定置システム

特徴

発電効率が高い。
製造に費用がかかり過ぎる。
大気中では、二酸化炭素により電解質が劣化して、使えなくなってしまう。

化石燃料を改質して得られる 構造が簡単で保守が容易。
二酸化炭素を含むガスを燃料 小型化、軽量化が可能。に使用できる。
作動温度が低いので、すぐに排熱を別な用途に利用できる。 作動させられる。
触媒に高価な白金を使用する 触媒に高価な白金などを使用必要がある。
する必要がある。

固体酸化物型炭化水素のほか、石炭ガス化水素のほか、一酸化炭素も燃ガスも燃料に使用できる。
料として利用でき、石炭ガス天然ガス、ナフサ、メタノール 化ガスも利用できる。などを燃料として使用する場 内部で改質できる。
合、装置内部で改質できる。
触媒に高価な白金などを使用発電効率が高い。
する必要がない。
触媒に高価な白金などを使用 発電効率が高い。
する必要がない。
排熱を別な用途に利用できる。
排熱を別な用途に利用できる。 高温で作動するため材料の選択の幅が著しく狭い。起動と停止に長い時間が必要。

表 1 燃料電池の種類

インターネットマガジン／株式会社インプレスR&D©1994-2007 Impress R&D ソリューション ShowCase │ INTERNET magazine ││ │ 123

日本で最初の販売向け型式認定を受けた燃料電池自動車

Honda FCX
本田技研工業株式会社
燃料電池自動車（FCV）への参入は後発ながら、実用化へ向けた動きが最も進んでいるのが、本田技研工業である。2002年から 2005 年 6 月中旬までに日米の合計 19 台を納車したほか、同年 6 月 29
日 に は 、アメリ カ で 世 界 初 と な る 個 人ユーザーへの納車（リース）を行った。最大出力 86kW の固体高分子型燃料電池を搭載し、燃料には圧縮水素ガスを使用して、109 馬力（80kW）の交流同期モーターで前輪を駆動する。燃料電池が苦手とする低温下での利用にも対応し、− 20〜 95 ℃の範囲での発電が可能である。
2005 年 6 月には、FCV として、日本初の販売を目的とした型式認定も受けた。

ソリュ ー ションShow
Case
家庭用水素供給システム Home Energy Station Ⅲ
http://www.honda.co.jp/FCX/

家庭用の電力供給と燃料電池自動車への水素供給を実現

本田技研工業株式会社
燃料電池自動車を実用化するにあたって、燃料の供給方法は、大きな課題である。
ガソリンスタンドと同様な施設をガソリンスタンドと同じように設置するのが 1
つの方法であり、日本では、水素・燃料電池実証プロジェクト（JHFC）により、現在 10 か所の水素ステーションが稼働している。一方、家庭用燃料電池に燃料電池自動車への燃料供給機能を付加するという方法も考えられる。本田技研工業のアメリカ法人は、プラグパワー社と共同で、天然ガスからの改質装置、水素貯蔵タンク、家庭用燃料電池などの機能を統合したシステムの実験を行っている。
http://www.honda.co.jp/news/2005/4051115a.html

124 │ INTERNET magazine ││ │インターネットマガジン／株式会社インプレスR&D©1994-2007 Impress R&D携帯電話に取り付けて電源供給FOMA 端末用マイクロ燃料電池
株式会社 NTTドコモ
携帯電話は、高機能化や多機能化により、現在のリチウム充電池では、必要な電力をまかないきれなくなっている。この電力の問題を解決する方法として期待されているのが、エネルギー効率の高い燃料電池の採用である。NTTドコモは、富士通研究所と共同でクレードル型の燃料電池を 2004 年 9 月に試作し、2005 年 7月には、前回の試作品の 3 倍の電力量を実現した。直接型メタノール燃料電池では、メタノールが高分子膜を透過してしまう現象を防ぐためにメタノールを水で薄 め て 使 用 す る が 、こ の 試 作 品 で は 、99%以上という高濃度で使用する。
http://www.nttdocomo.co.jp/info/news_release/

ソリュ ー ション
S
how
Case
コイン形ダイレクトメタノール燃料電池

左側がクレードル型燃料電池

page/20050706c.html

コイン形電池と同じサイズの燃料電池

神奈川県産業技術総合研究所
燃料電池を乾電池と同じサイズまで小さく作れれば、小さなモバイル機器でも燃料電池を使いやすくなるだろう。神奈川
県産業技術総合研究所では、コイン形リチウム電池 CR2025（直径 20mm）と同じサイズ、形状の燃料電池を作る研究を進めている。NTTドコモと同様に直接型メタノールを採用し、コイン形ケースの内 部 に 5 % の メ タノ ー ル 水 溶 液 を0.15cc 入れることができるようになっている。最大出力電圧は 0.8V で、CR2025 の 3.0V にはまだ届かないが、1 年で電力量が 3 倍に向上しており、今後が期待される。同研究所では、ほかにもマイクロアレイ型燃料電池の研究などを行っている。
左：負極側、中央に燃料供給口

右：正極側、複数の空気孔

インターネットマガジン／株式会社インプレスR&D

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