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燃料電池について

発送配変電 燃料電池 技術士(電気電子)

燃料電池

活物質を外部から連続的に供給する化学電池。水の電気分解とは逆に、水素と酸素を電極に送り、電気と水を発生させる直接発電技術である。燃料の水素は天然ガス、石油、メタノールなどから得る。発電効率の高いものほど反応に高温を必要とし、1000℃程度の環境を必要とするものもある。

 

活物質・・・・電子の受け渡しに直接寄与する物質のこと

直接発電・・・熱機関と発電機のような、機械を経由して電気を得るのではなく、熱エネルギーを直接電気に変えること。電磁流体発電、熱電気発電、燃料電池などがある。

 

燃料電池の特徴

発電効率が高い。

二酸化炭素を排出しないためクリーンである。

低騒音である。

熱をコジェネレーションとして利用できる。

他の発電方式と比べて騒音や振動が少ない。

燃料電池の種類

・アルカリ形燃料電池(AFC)

スペースシャトルに用いられたこともある、信頼性の高い燃料電池

アルカリ電解液のため、電極にニッケル酸化物などの安価な電気触媒を使用することができる。

また常温で電解質が液体のためセルの構成を単純化することが可能である。

 

・固体高分子形燃料電池(PEFC)

動作温度は80〜100℃と低温である。

起動性が高い、出力密度が大きいという特徴がある。触媒にコストの高い白金を使わなければならない、発電効率は30〜40%と燃料電池の中ではでは比較的低いなどの問題点がある。

出力密度が大きく、家庭用の分散電源や燃料電池車などの移動体用の応用先がある。

 

・りん酸形燃料電池(PAFC)

電解質にりん酸(H3PO4)を用いる。動作温度は200℃程度である。

固体高分子形燃料電池と同様に起動性が高いが、コストの高い白金を触媒に使う。

工場やビルなどの設備にコジェネレーションシステムとしてすでに運用されている。

 

・溶融炭酸塩形燃料電池 (MCFC)

600℃-700℃の高温で動作する燃料電池である。

高価な白金触媒を用いない、水素だけでなく天然ガスや石炭ガスなどを燃料に利用可能である。火力発電所の代替が期待されている。耐食性や寿命、安定性がまだ懸念材料である。

 

・固体酸化物形燃料電池(SOFC)

700℃-1000℃で動作する燃料電池

白金などの高価な電極触媒を必要としない、燃料の組成に厳しい制約がない、発電効率は現在の燃料電池では最高という特徴がある。

排熱の温度が高いため、排気ガスからタービンなどで二次的に発電したり、コジェネレーションシステムを用いて更に熱効率を高めることができる。

発電素子が高温で動作するという点以外に大きな制約がないため、今後の応用が期待されている。

 

 燃料電池の種類は

・アルカリ電解質燃料電池 (AFC)

・固体高分子形燃料電池 (PEFC)

・りん酸形燃料電池 (PAFC)

・溶融炭酸塩形燃料電池 (MCFC)

・固体酸化物形燃料電池 (SOFC)

 

それ以外に

・直接形燃料電池 (DFC)

バイオ燃料電池 (MFC)