燃料電池

燃料電池の原理

燃料電池は各種の炭化水素系燃料（天然ガス，メタンなど）を改質して得られる水素と、空気中の酸素とを電気化学的に反応させて直接電気を取り出す発電装置です。その原理は、水の電気分解の逆反応、すなわち水素と酸素が結びついて電気と水が発生する仕組みを利用しています。
　

　　　　　　　　　　　　　　　(出典)社団法人　日本ガス協会ホームページ

燃料電池基本原理図

　では、1次電池や2次電池とどこが違うのでしょうか？1次電池は内蔵する反応物の出入りがなくなるとやがて寿命がつきてしまいます。また、2次電池は充放電を交互に繰り返すものです。一方、燃料電池は燃料（水素）と酸素の補給と生成物（水）の排出を連続して行うことで、電気を連続して発生させることが出来ます。

　　　　　　　　　　(出典)東芝インターナショナルフュエルセル㈱ホームページ

燃料電池発電システムの例(リン酸形燃料電池)

上図に燃料電池発電システムを示します。電気を発生させる「燃料電池本体」を中心とし、これに水素リッチガスを供給するための燃料を水蒸気改質する「改質装置」、発生した直流電気を交流に変える「インバータ」などの周辺装置で構成されます。アノードに燃料である水素を、カソードに空気（酸素）を供給し、これらの反応で電気を得ることができるのです。燃料電池の特徴として以下のことが挙げられます。

①従来の発電方式のように熱エネルギーや運動エネルギーの過程を経ない直接発電であるため、小規模でも高い発電効率が期待できます。
②発電に伴って発生する熱が給湯や暖冷房として利用しやすく、それによって総合エネルギー効率を高められます。(リン酸形燃料電池（PAFC）を例に取ってみると、燃料電池単体で約40～50％、発熱反応により得られた熱を利用　した冷暖房などのコ・ジェネレーションを考慮すると総合効率は約70～80％といわれています。)
③NOx，SOx等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性に優れています。
④水素エネルギーとの適合性という未来的な発展性を秘めていることです。

　燃料電池の開発においては、電池の大型化，高積層化技術の確立とともに、さらに高性能で、かつ長期にわたって安定した電池性能を維持するための要素技術を確立する必要があります。そのためには電池構成部材である電極，電解質板の細孔構造の最適化ならびに安定化やセパレータの高耐食化を図るとともに、これら部材の固有抵抗および部材間の接触抵抗による性能劣化の原因追及，抑制，性能向上技術の確立が重要です。

　燃料電池は、電解質の違いにより6つに分類されます。

(1)アルカリ形燃料電池（Alkaline Fuel Cell：AFC）
(2)固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：PEFC）
(3)リン酸形燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell：PAFC）
(4)溶融炭酸塩形燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell：MCFC）
(5)固体電解質形燃料電池（Solid Oxide Electrolyte Fuel Cell：SOFC）
(6)ダイレクトメタノール燃料電池(DMFC)

	denchiken
Copyright (C) 2004 Fuel Cell Laboratory. All Rights Reserved.