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第2章 直接形メタノール燃料電池の基礎特性
直接形 メタノール燃料電池 の基礎特性
第 2章
神谷信行
1
*
は じめに
燃 料電 池 の 発 見 は 1801年 の Humphrey
Davyと い われ て い るが 電 池 の 構 成 図 を伴 った実験
の言
d述 は 1839 1l William Groveに よ ってな され た とい われ て い る。 グ ロー プrllは 希硫酸 中 で
本 の電 気分解 を行 い 発生 した水 素 と酸 素 が電極 反応 で起電 力 を発生 し 元 に戻 るこ とを確 かめ
この 電 池 をい くつ か直列 に接続 し 一つ の電 解槽 で本 の電 気分解 を行 った。 この燃 料電 池 の 実験
ジェ ミニ宇宙 船 に燃 料電池 が搭載 され て あ らため て
はそれ以来 それ ほ どの 発展 をみ なか ったが
宇宙船 では燃 料電 池 が なければ実験 や宇宙飛 行
燃 料電 池 の 価値 が 見出 され た感 じがす る。現 在
士 の 生 命 さえ危機 に接 す る こ とにな る。宇宙 船 では水 素 を燃料 に酸 素 を酸 化斉1と したア ル カ リ型
燃料電 池 が使 われ て お り
現在
これ ほ ど実 用的 に使 われ て いる例 は他 に ないが
使 われ る電 解 質 で分類 したア ル カ リ形
りん酸 形
高 分子 形 な ど多 くの燃 料電池 が開 発 され てい るが
解 質 を使 って
どの よ うな燃 料 を供給 す るか
性 の あ る もの は直 接 メ タノール形 燃 料電 池
小型
溶融 炭酸塩 形
詳細 はわか らな い。
固体酸 化物 形
固体
超小 型 の燃 料電 池 と して どの よ うな電
可能性 はい ろい ろと残 され てはい るが
一番 可能
(DMFC)で あ ろ う.総 論 で も取 り扱 って は い るが
こ こで は DMFCの 基礎 的 な事 項 につ いて述 べ る_
DMFCの 構成 は原理 的 には 水素 ‐酸 素 の PEFCと 同 じで あ り
た
現 在 は団体高 分子 を電 解 質 に し
いわ ゆ る電極 ―膜 一 体化構 造 の もの が広 く使 われ てい る (図
1
渡辺 ら)。
図 2は 1984年 に 日立評論 に掲 載 され た DMFCの 電 池 の 概 念 図 で あ る
電性 膜 を使 わず に
こ こでは プ ロ トン導
メ タノール を硫 酸 溶液 に溶解 し燃 料極 に供給 して い る。 この DMFCを 使 っ
た ゴル フカー トが運 転 され た
2000年 秋 には
1。
DMFCを
1).
搭 載 した ゴ ー カ ー トが ダ イム ラ ーか ら発表 され て
車 載 用 と して も
に わ か に現 実味 を帯 び て きた 。 発電 効率 は メ タ ノール改 質 形 とか わ らな い 高効率
アし
ロ スア ラモ ス研究 所
40%を
クリ
(LANL)の 250W 39%を 上 回 る性能 を示 した と報 道 され た.し か
し その 後 の DMFC卓 開発 の 動 向 はない よ うで ある。
‐
方
携 帯電話 用燃 料電 池 が Power Holster prototypeTMと して発表 されて超小 型燃 料電 池 と
* Nobuyuki Kamiya
横浜 国 立大学 大学院
工学 研究院
機 能 の11生 部門
教授
21
超 小型燃 料電池 の 開 発 と今後 の 展望
電 解 質 ネ ッ トワー ク
アノー ド角
虫
媒層 高分子電解質膜
図l
ガス拡散層
PEFCの 概念 図
・
気 気
︱
・
水蒸
カツー ド角
虫
媒層
メ タノ
電解 質 ――― ― J
痢
■
:Q+“ C・ OH+地 0
“
-3H20
_______[■ 1° 21lH・ +6e
CH00H+:02-C02+2H20
図2 メタノール燃料電池の原理
図の左側が基本単立になるセルの断面図で 有,1が その 中央部の拡大図である
メタノールと空気中の酸素が反応 して 水と二酸化炭素 を生成 し この時電力が発生
する
して DMFC普 及 へ の 可能 性 が示 され て
帯電話
プ用
PDA VTRな
世 間 を驚 か せ た (図 3)り 。最近 は ノー トパ ソ コ ン 携
どの 電 源 用 と して 各社 開 発 が急 ビ ッチ で あ る (表
非常 用電 源 と して loowの
20Wの 出 力 DMFC(図 4)を
DMFCを
1)。
YUASAは キ ャ ン
東芝 は ノー ト型 パ ソコ ン用 と して平 均
12W
最大
カ シオ計算機 は マ イ ク ロ改 質器 を使 った メ タ ノール燃 料電池 を
開発 して い る (図 5).
携 帯電 話 は待機 中 で 40mW程 度
ル ギ ーは得 られ ないが
22
通話 中 で lw程 度 で あ るの で
燃料電池 だ けでは [分 なエ ネ
電 源 の二 次電 池 の 充電 用 と して使 うこと を考 えれば 問題 はな い。燃 料電
第 2章
直接形 メ タ ノール燃 料電 池 の 基礎特性
図3 PowerHo ger"責 ″
・
■
図4
の携帯電話
東 芝 ノー トパ ソ コ ン用 小 型 メ タ ノ
ール 燃料 電 池
池 の 実用化 で ネ ックにな って い る主 な課題 の 一つ は コ ス トで
これ は決 して避 け る こ とがで きな
い 問題点 で あ る。現 在燃 料電 池 の 価 格 は数 千 USS/kW以 上 とい われ て い るが
ガソ リンエ ンジ
ンで は その 1/100の 数 十 US$程 度 で あ るか ら 車載 用 と して は1支 術面 だけで は解 決 で きそ うも
な い。 それ に比 べ て
携帯電 話 の リチ ウム イオ ン電 池 の 価 格 が数 千US$弱 で あ るこ とを考 え る
と 携 帯電 .ll■ lと しての 見通 しは明 るい
それで も各社 発売 予告 が少 しず つ 後へ 延ば され てい る
こと を考 える と 技 術面 で まだ まだ問題 が残 され て い る もの と思 われ る.
2002年
ドイツで行 われ た国際 電 気化学 会 の 燃 料電 池 の 発表 の 多 くが DMFC関 連 で あ った こ
と も 地 域 差 は あ る と して も DMFCに 期待 す る と こ ろが大 きい よ うで あ る。 もち ろん これ は
車 載 用 と してで は な く 小型 を 目指 して開 発 が 進 め られ て い る .し か し
DMFC実
用化 に 対 し
て は い くつ もの 課題 が あ り 広 く普 及 させ るに は まだ まだ時 間 が かか りそ うで あ る
`課 題 の 中 で
は水素酸素 の燃 料電 池 PEFCで も取 り上げ られ て い る酸 素還 7Cの 問題
オ ーバの 問題
膜 中の メ タノール クロ ス
メ タ ノール反応 生成物 に よる 被毒 の 問題 な ど 燃 料電池 に関 す るす べ ての 課題 が
未解 決 とい って も過言 ではない
2 DMFCの 仕 組 み ,熱 力学
21
電池の基本構成
燃 料電 池 は他 の どの 電 気化学 シ ステム とも共通 して
あ る電 解 質 か らな って い る (図
の違 い
1)。
電 子伝 導体 であ る電極 と イオ ン伝導 体 で
どの燃 料 電 池 につ いて も基本 的 には 同 じで あ るが
電 解質
作動温 度 の 違 いで電 池構 造 は異 な る.
[, 電極 :電 極では活物質
(燃
料 酸化剤)と 電解質が電極と接する部分 すなわち二相界面
超小型燃 料電池 の 開 発 と今後 の 展望
表 1 小型燃料電池の開発動向
ノー トハ ソ コ ン
多目的
メー カ ー 名
取υ
Fraunhofer
カシオ計,機
A勁 ヽ
Smart Fuel Cell
lnstltute (独
)
日標実 用 化時 期
2003年
2004年
未定
2004年 こ ろ
使 用燃 料
メ タ ノー ル
メ タ ノー ル
水素 ガス
メ タ ノー ル
発電 方 式
DMFC
出 力密 度
100ヽ V
t,
燃沐￨タ ンク :2′
:W350×
L380× H420
寸法
(mln)25kg
徴
主な用 途 :キ ャ ン
フ 用電 源 災害 時
非 常 用電 源
- )rwvilij{.
100mヽミ
作動時間 :8時 間
特
./
遠隔
観 測機 器 用 電 源
ロボ ッ ト用電源
携帯用
MTI Micro Fuel
不明
)
不明
FCハ
ックの 大き さ 水素 吸 蔵 合金 に 水
は Liイ オ ン電 池 ハ 素 を吸 蔵 14Vで
コ ス トは Liイ オ ン
ッ クと
・lじ で キ ー 50Wの 出力 駆動
ボ ー ドと液 品 ハ ネ 時 間 3時 間 スヘ
ル を つ な ぐ ヒ ン ジ ー ス を余計 に取 る
じ
部 に 収 納 重 さは
Liイ オ ンニ 次 電 池
の 半 分 20時 間駆
150mlの
ー トリッジを使 い 8
r7ス
PDA(Personal Digital Assistant)
(',t)
Motorola Labs
東芝
オ ーバ 対策済
カ メラ 体型 VTR
Fraunhofer
Institute (8.)
2004年 ころ
2004【 F
2004年 こ ろ
未 公表
未定
メ タ ノー ル
メ タ ノー ル
メ タ ノー ル
メ タ ノー ル
水素 ガス
Dヽ lFC
max 50mW cm
'
DMFC
DMFC
DMFC
純水素方式
不明
30mW cm 2
未 公表
80mW cm 2
出力 は 100mW 外
形 サ イズ は 5cm×
FCだ けで駆 動・T能
FCIま ク レジ ッ トカ
PDA付 き携 帯電 話 10mlの
ー ド大
に 外 flけ して 駆 動
デ ー タ採取 中
待 ち受 け
時 50n遠 で 26時 間
通 話 時 500mAで
26時
∞ mWcm
間
カセ
ッ トテ ー フ 大 の カ
純 メ タ ノー ル を使
用 出 力 25W ク
動 可能
Cell(米 )
1次 電 池 とほ ぼ 同
-10時 間駆 動 可能
必要はな い
SarsllngAdけ anced
institute (韓 国 )
DMFC
純水素方式
2(20で
max
2で 26W
メタ ノール
で約 4V40時 間駆 動
5cm× lcm
可能 40℃ で作動
95%メ タ ノー ル と 化 に成功
水 タンクを内臓 メ
タノール を 3∼
6%
まで希釈 して使用
小型
直径 3cm× 高 さ5cnl
の 金属製 タンク 121
の 水 素 ガ ス ガ ス圧
15気
IIlax10や
力は
'[出
V8VLlm
cm 2で 80mW cln 2
3'寺 間卿
上 で電 気化学 反応 が起 こるの で
電 極触媒 は量 の 問題 で はな く二相 界面 に いかに よ く分散 し
てい るかが重要 で ある.同 体 高 分 子を電解 質 に使 うと通 常 は膜 に接 す る部 分で しか反応 が起
こ らな いの が
図 6の よ うに電極 基 体上 に触媒 を分散 させ
い電 解 質膜
オ ン交換体 )で 覆 って ある。
(イ
さ らに触 媒 を取 りl■ む よ うに薄
燃料極
超小 型燃 料電 池の 燃料 と して必 ず しもメタ ノール に限 った こ とでは ない が
燃 料 とす ると して も 温度 が高 くなれ ば
の構 造
2`
触媒 も
メタ ノール を
メ タ ノール蒸気 を供給 す る可能性 もある。燃 料極
それ ぞれ に対応 した もの が 必要 に な る。 ここで は水素 ―酸 素燃 料電 池 の 反
第2章
直接形 メタノール燃料電池 の J_t礎 特性
隼Sヽ
との イ メー ジ
実用イ
上段 :ノ ー トPC用 モ ジ ュール
F子
=デ
ジ タル カ メラ用 モ ジ J― ル
超小型改質器
(イ
メー ジ
(マ
表
)
イクロ リアクター
)
裏
図 5 カシオ計算機の マ イクロ改質器 を使 った メタ ノール燃料 電池
応 を例 に取 る と
燃 料極 で は 月
1電 子反応 が 起 こ り
電 流 が 流 入 す るの で 負極 で あ る 。
H2=2H.+2e
・ 酸素極
酸 素 の 選 元 が起 こ リ
カ ツー ドと して 働 く_正 極 で あ る _
1/202+2H++2e =H20
(2)
(' 電解質 :電 極 は物質 と電子のや りとりの場であるが その際 イオ ンが必ず関与 し この イ
オ ンが もう一つの電極へ移動 して電極反応 を進める.電 流 は イオンの動 きとイオンの 数で決
まるので 電解質 としてはで きるだけ イオ ンが動 きやす く 膜に含まれ るイオ ンの数 が 多い
25
超小型燃料電池の 開発 と今後の展望
白金担時
反応 ガ ス
→
● :電 極反応 に有効 な白金融媒粒子
○ :有 効に働いていない 白金触媒粒子
図6 触媒を取巻 く高イオン導電性電極構造
方 が よい.す なわ ち
EW(イ
オ ン交換容量 の逆 数 )が 小 さい ことが望 まれ る。 また
を上げ る とイオ ンの動 きは活発にな リ
イオ ンが動 きやす くな るの で液抵 抗 は下 が る.
電解 質 は どの場 合 もカチオ ンとアニ オ ンか らな り
るこ とにな るが
温度
どち らの イオ ンが動 いて も電 気 を伝 え
団体 高分 子電解 質 で は ア ニ オ ンで あ る スル ホ ン基 が固定 され て い るの で
カチオ ンで あ る水 素 イオ ンが伝導 に 関係 す る。従 って伝 導 だ け を考 えれ ば
水素 イオ ンの 数 が 多い膜 の 方 が よいはず で あ るが 膜 の 強度
EWが
小 さく
ク ロスオ ーバ な ど も関係 して
一概 に EWの 問題 だけではない 。
0
燃 料電 池 には この他 に電 流 を取 り出す カ レン トコ レク タ 電 解質板
の重要 な部材 が あ るが
さらに燃 料改 質器や
脱 硫器
セバ レ ー タなど 多 く
加湿 器 な ど本体 を支 える機 器 が必要
で ある.
22
燃 料電 池発電 の熱 力学
化学物 質 の持 つ エ ンタル ビー″ (enthalpy)と ギ ブズエ ネル ギ ー G(Gibbs
energ)に は次 の
関係 が成 り 立つ 。
△G。 =AH。 一 TttSO
(3)
蟹プ はエ ン トロ ビー変化 で あ り
TASOの 熱 の 出 入 りが起 こる。
25℃ (298K)で は
H2+1/202=H20(′
)
(4)
の反応で生成する水を液体 として考えると 型プ =-285 83kJ/mol △G° =-237 13kJ/molと
なる。水を水蒸気
(気 体)で 計算すると
型7° =-24182k」 /molに なり 液体 として扱う場合
よりも熱量は少なく出 る.液 体の場合 HHV(high heating valuc)気 体の場合 LHV(low
heating value)と して熱量を計算する。
26
第 2章
直接 形 メタ ノール燃料電 池 の 基礎特性
水素 を燃焼 させ ると型プ に相 当 した熱 は出 るが
池 で 反応 させ る と△G°
仕事 は取 り出せ ない。 これ に対 して
に11当 した電 気 エ ネル ギ ーが取 り出 され るが
熱 は 」り で な く
けが放 出 され る.こ の電 気 エ ネル ギ ー は反 応 の電 子 数 と フ ァラデ ー定 数
燃 料電
,s° だ
Fで 割 って 123Vの 起
電 力 と して 取 り出 す こ とが で きる
L/D=― △G° /11F=123V
(5)
。
酸 素 の持 つ 化学 エ ネル ギ ー は △″ で 考 え るの が 普通 で あ るの で
水素
燃 料電 池 に よ るエ ネル
ギ ー変換 効 率 は
η=△ Gツ △″
とな り
°
(6)
25Cで は HHVJ_t準 で 083と
25Cで は上 で述 べ た起電 力
関 数 で あ る.△ G° に比 べ て △″ 0
な る。△GOは 温度 とともに変 わ るの で効 率 も変化 す る。
効率 が計算 され るが
それ らは (3)式 で表 され るよ うに温度 の
△SOの 温度 依 存性 は小 さいの で
おお ぎっばな計算 で は一 定 と
考 えて計算 す る こ とがで き 温度 の上 昇 に伴 い △GOは 減 少 し 理 論起電 力は低 下す る.
燃 料電 池 発電 の 効 率 は常 に火力発電
は
エ ンジ ンの 効率 な ど と比較 され るが
変換効 率以 上 に メ リッ トの 多い使 われ 方 をす るの で
効 率 よ りも安 全面
超 小型燃 料電 池 で
機 動性 、エ ネル ギ
ー密 度 が要 求 され る.
2 3 DMFCの 熱 力学 計算
メ タ ノール を燃 料 とす る燃 料電 池 の 起電 力 は
(7)式 の よ うに 6電 子 の や りと りで反応 が完 全
に進 んだ と き生 ず る自由 エ ネル ギ ー変 化 を 6Fで 割 って (2)式 の よ うに 121Vと な る
CH30H+3/202=C02+2H20(′
)△ GO=-702
4kJmol 1
(7)
υO=― △OP/6F=121V
一方
.
(8)
(7)の 反応のエ ンタル ヒー変化は△♂ =-7265k」 mol lと
な り これを化学 エ ネルギ
ー と考 えると化学 エ ネルギ ーを電気エ ネル ギ ーに変換す る効率は
,t:LGolc'IIJ:O97
(9)
とな る。理 論 的 に は メ タ ノールの 化学 エ ネル ギ ー (エ ン タル ピー変化 に相 当す る)の ほ とん ど
100%が 電 気 エ ネル ギ ーに変換 され る こ とにな る。
メ タ ノール lmol(約
り
32g)か ら得 られ る電 気 エ ネル ギ ーは ギ ブ ズエ ネル ギ ー変化 と同等 で あ
7024k」 の 値 は 702 4kWsあ るい は 195 1Whに 相 当す る。 lW消 費 の携 帯電話 で は約 200時
間 の 連続通 話 が 可能 で あ る。 1充 電 で連 続通 話 160分 の 充電式電 池
べれ ば
(リ
チ ウム イオ ン電 池 )と 比
同 じ通話 時 間 で もメ タ ノール で はわず か 044gで よい こ とにな る。 もち ろん これ は理 論
値 で あ り 反応 には メタ ノール と等 モ ルの 水 を加 えな くては な らな い し 燃 料電 池 の 効率 の低 さ
燃 料 利用率 等 を考 える と数倍 の メタ ノール水 が必要 に な る。 それ で も万年筆 の カー トリッジ程度
超 小型燃 料電 池 の 開 発 と今後の 展望
の もの を持 ち歩 けば充電 に要 す る煩 わ しさが な くな るわけ だか ら
こんなに 便利 な もの はな い だ
ろ う。
携 帯電 話 は待機 中で 40mW程 度
ルギ ーは得 られ な いが
燃 料電 池 だ ￨サ で は十 分 なエ ネ
通話 中で lW ttlFIで あ るの で
電 源の 二次 電 池 の 充電 用 と して使 うこ とを考 えれ ば 問題 はな い .燃 ll電
池 の 実用 化 で ネ ッ クに な って い る主 な課題 は以 ドに示 す が コ ス トは避 け られ ない問題点 で あ る
現在燃 料電 池 の 価 格 は数千 US$/kW tt Lと い われ て い るが
ガ ソ リンエ ン ジンで はその 1/100
の 数十 US$程 度 で あ るか ら 技 llr面 だけでは解決 で きそ うもな い
それ に比 べ て
リチ ウ ム イオ ン電 池 の 価 格 が数 千 USS弱 で あ る こ とを考 え る と
見通 しは Fllる い ,そ れ で も
携 帯電 話 の
Power Holster社 の 2001年 発売 予告 が 延期 に な って い る こ とか ら 少 しく らい高 くて もとか
燃 料利用率 が少 々悪 くて もいい とい うこ と以 外 に重要 な問題 が残 され てい る もの と思われ る
.
DMFCの 起電 力 は (8)式 の 計 算 で
水素‐
酸 素燃 料電 池 とほぼ同 じとな る.酸 化 剤 と しての 酸
素の 反応 は どち らにお いて も同 じで あ るか ら
メ タノー ルの酸 化反応 は本素 とほぼ同 じ電位 で起
こる と予想 す る こ とがで きる。 しか し 実際 には Ptを 使 った電 位走 査で
の電 泣 で な い と反応電 流 が 見 られ な い こ とか ら
05V vs RHEく
らい
メ タ ノール酸 化 の 過電 圧 は 05V程 度 に もな る
同 じPtで も表 面粗度 の 大 きな白金黒電極 を使 えば過電 圧 は低 くな り
ことがわか る。 もち ろん
電 極 触 媒 能 を向 上 させ るこ とで過電 圧 は 下 が るが
メ タ ノール酸 化 に一 番効 果 的 な触 媒 と して
Pt Ruを 使 って もや は り大 きな過電 圧 が必 要 とな る
24 DMFCの 特徴 と他 の燃料 電池 との比較
DMFCは 改 質 の 必要 が ない ため シ ステ ムが 簡 単 で
反応 さえ うま く進 めば
最適 の FCと 考 える こ とがで きる。 しか し rtF々 の 難点 が あ り
車載 用 と して も
また まだ開発途上 に ある とい え
る。
DMFCの 利点
tl)改 質器 を必要 と しない ため電 池 シ ステムが コ ンパ ク トで ある
●
車載 用 だ けで な く 携帯電 話 等超 小型 の電 源 とす る ことが可能
●
メタノール合成
メタノールスタン ドの インフラは比較的容易
DMFCの 難点
■)電 極反応 で生 じるCO種 の ため
Pt系 の触媒 が被毒 を起 こす 改質型 の H2に 含まれ る CO
種 の 被毒対策 と同 じ
②
メタノールの電解質膜への浸透 による膜 の膨潤
3
メタノールの電解質膜透過による起電力の低 ド 改質 ガスの透過性 と1ヒ ベ るとメタノール
の方 がはるかに大 きい
28
直接形 メタノール燃料電池の基礎特性
第2章
0
メタノールの毒性
メタノールによる腐食
2.5 燃料電池から得られる電気エネルギー,熱 エネルギーの取 り扱い
理論的に導かれる電池の標準起電力υOは (5)式 で示 したが 単位はV(ボ ル ト)で あリ エ
ネルギーその もの を表 してはいない。起電力と電流 (A)の 積VAが 取 り出されるエ ネルギーで
あるが
VAは W(ワ
ット)で あり 単位はJ/sで ある。従って 電池特性がきわめて重要にな
る。どの電池で も 取 り出す電流を大きくすると電圧は低下するので取 り出される電気エ ネルギ
ーも少な くなる.
エ ンタルピー基準で考えると 化学エ ネルギーが実際にどれだけ電気エネルギーに変換 される
かがわかるが 電圧降下の原因となる要素も含めた電流rと 電圧 υの関係の一例を図 7に 示す。
■
S° による降 下は避けられないが その他の電圧降下の原因は大きく分けて
()電 極反応に関係 した活性化分極
2
種 々の抵抗による抵抗分極
③ 燃料 酸化剤が反応によって減少し ネルンス ト式から計算される起電力の低下によるネ
ル ンス トロ スな ど
に よ る。
EM=148V
H2(g)+1/202(g)
-49k」 /n■ ol
L=123V(理 論電圧
)
＞ 出” ▲Ｔ ＩＩ
-286k」 /mol
-237 kJ/mol
￨
l
得られるl電 気 エネルギー
l
一 月 卜 電流
1
電池 の IV特 性
図 7 燃料電 池 の 電 流 ‐
電圧 の 関係
29
超 小型燃 料電池 の 開発 と今後の展望
図 の 中で は 1の 部 分 を ア ノー ド カ ツー ドに分 け反応抵抗 と して
また2の 部 分 は電極 や導 体
の よ うな電子 伝導 の 部 分 と電 解 質 の よ うな イオ ン伝導 の 部 分 に分 けて示 した.個 々の 問題 点 につ
い ては後 に述 べ るが
電 池 反応 は化学 反応 の一つ で あ り 高温 にな るに従 って反応 は起 こ りやす
くな り 低 温 ほ ど触 IIの 働 きが重要 に な る。低温 で働 く同体 高分 子形燃料電 池 では電流値 の 小 さ
な部分で も大 きな電 l[降 下 が 見 られ るが
これ は(1′ )部 分が 大 きい こ とを示峻 して い る.
ネル ンス トロ スは燃 料 酸 化 剤の 利 用率 に よ って影響 を受 け 利用率 が低 い程
ロスは少な い
しか し エ ネル ギ ー効率 は不1用 率 に大 き く左右 され るの で 多 くは燃 料利 用率 を 70∼
85%に 保 つ
よ うに して tヽ る
理 想 的 には どれ だけ電流 を取 り出 して も電 圧 は開回路電 ￨「 と同 じで あるべ きなの だが
実際 に
は電 l■ 降下 に よ りllRり 出 され る電 気 エ ネル ギ ー は少 な くな り 低 下した分 が熱 エ ネル ギ ー と して
外 部 にlll出 され る.
つ ぎに 燃 料電 池 に投 入 され たエ ネル ギ ーが どの よ うに使 われ るか考 える。
(1)平 衡 論 ,電 流 =0の ときのエ ネル ギ ー変換
電流値 が 0と い うこ とは 全 く反応 が進 んで い な い こ とにな るが
ここでは非 常 にわず かの 反応
が起 こ ってい ると仮定 し 平 衡論 的 な 考 えに立 って議論 す る。電流値 ≒ 0故
電 ￨[降 下 もな いの
で △0° がす べ て電 気 エ ネル ギ ーに変換 され る。HⅣ 基準 で効率 は 83%に もな る.
(2)速 度論 ,電 流 を取 り出す ときの エ ネル ギ ー変換
IF想 的 な電 池 では抵抗 分が oで
電流 を取 り出 して も起電 力 は低 下 しない。従 って
給 され る化学物 質の 化 学 エ ネル ギ ー は 平衡論 で取 り扱 った よ うに
て 利 用 され
電 [効 率 は 100%で あ るて しか し
起電 力 は低 Fし
電 池 に供
す べ てが電 気 エ ネルギ ー と し
一般 には種 々の抵抗 の ため
電流 を取 り出す と
低 下した 分の 電圧 は熱 に変 換 され て排 出 され る.電 流 効率 が 100%な らば エ ネ
ル ギ ー変換効率 は (1//♂ )(ヾ ヽ
、c° )と な る。
電 r■ 降下 で電 気 と して取 り出 せ なか った残 りの エ ネル ギ ー は熱 と して排 出 され る.ど の種 の 燃
料電 池 で も冷却 しない と排 熱 が蓄 積 され て作動温度 以 上に加熱 され
電 池 が破壊 され る。
エ ネル ギ ー変換 効 率 には この他 に燃 料利 用率 も考慮 しな くて はな らない。 エ ネル ギ ー変換 効率
は燃 料 が 100%反 応 した と きの もの で あ り 燃 料利用率 が 80%な らば
電 池 の 効 率 に さらに 08
を掛 け ることが必要 にな る。
3 DMFCの 現状 と技術課題
31
他 の燃 料電 池 と比 べ た発電性 能
24で DMFCの 特徴 を述 べ たが 現在開発 中の種 々の燃 料電 池 と比 べ た発電性能 を図 8に 示 す。
θ0
第 2草
直接 形 メ タ ノール燃 料電 池 の 基 礎特 性
11
一 MCi'C
― SOiiC
― mFC
―-1'AliC
1
卜 ＼ Щ鯉ミ 押
09
-1,MFC
08
07
06
05
04
0
100 200 300 400
電 流 密 度 /111Acm 2
図8 各種燃料電池の電圧電流特性
(常 圧,利 用率 70∼ 85%)
電流密 度 の 大 きさに よ り起 電 力 が変 わ るので
は言 えな いが
電池
MCFC(溶
一概 に どの タイプの 燃 料電 池 が一 番性能 が よ いか
融炭酸塩 形燃 料電 池
作動温 度 650て
)SOFC(国
体酸化物 形燃 料
作動 温度 1000で )の 発電 性 能 が 優れ て い る こ とがわ か る.水 素 ―酸 素 で 作 動 す る PEFC
(固 体 高 分 子 形 燃 料 電 池
作 動 温 度 室 温 マ イ ナ ス 120C)も 高 性 能 で あ る が
それ に 比 べ て
DMFCは その 性能 が他 の 燃 料電 池 に比 べ てか な り低 い こ とがわ か る。
32
321
メ タノールの 反応
反応 中間体 ,被 毒機構
メ タ ノールの 反応 は水 素 その もの に比 べ れ ば は るか に複 雑 で あ る。DMFCの 開 回路電 圧 は理
論 的 には 121Vで あ るが
実際 には lVを 切 って 08V程 度 にな る。 これ は メ タ ノールの ク ロスオ
ーバ に よ る ところ も大 きいが
メ タ ノール その ものの 反応速度 が遅 い ため に起電 力 が低 下 す る も
の と考 え られ る。
メ タ ノール は (7)式 に沿 って反応 が進 めば 簡単 だが
し 触媒表面 を覆 い て電極電 位 の低 下
′
実際 には い ろい ろな反応 中間 体 が [成
電 池電 圧 の 低 下 につ なが る.
被毒 を引 き起 こす反応 中間体 は これ までの研究 結 果 か らCO種 で あ ろ うと考 え られ てい る。 こ
こで い うCO種 は気体 の COと 同 じ もの か ら
活性 点 に 非常 に付 きやす く
か
?
被毒 を受 けず に
COHの
よ うな もの も合め てい る。 これ らは Pし の
Pt触 媒 を不活性 に す る。 なぜ Pt触 媒 を使 わ な くて はな らな いの
Ptと 同 じよ うな触媒 作 用 の あ る物 質 が 見つ かれ ば DMFCは 急 速 に 実
3ズ
超小型燃 料電池 の 開発 と今後の展
Ci8
用化 に向 か うで あ ろ う
CO種 の 生成 に は次 の よ うな機 構 が報 告 され て い る 5.llx着
した メ タ ノール
(CH30H)ads
が Pt上 で順 に反応 して最終 的 に Pt(CO)adsに な り 被 毒 が起 こる機構 で ある
Pt(CH80H)ads
CH30+Pt
一
Pt(CH30H)ads
― Pt‐
(10)
Pt―
(CH20H)ads
→ Pt―
(CH20H)ads+H +e
(CHOH)adsttH tte
Pt‐
(CHOH)ads
→ Pt‐
(COH)ads tt H+十
Pt―
(COH)ads
→ Pt‐
(CO)ads tt H +e
―
方
(11)
(12)
e
(13)
(14)
メタノールの 反応 を定量的 に調 べ た結 果 生成物 は C02の 他
ホル ムアル デ ヒ ドやギ酸
さらにギ酸 メチル な どが検 出 され てお り6 上記の よ うな順次 に反 応す る機 構 では説明 がつ か ず
反応 経路 はよ り複雑で あることがわか る。
CO種 は メ タノールの 濃度
反応 の電 位 に よ って い ろい ろな もの が生 じ
る.反 応 す る と きの 電 位 と吸 着物 質 の吸 着 の 状 況 を示 す実 験 か ら
epsが 1∼ 2と い うこ とがわ
Ptの 活性 点 にplt着 した 被毒物 質 1個 を酸 化す るた
か った ''_epsは electron per siteと 呼 ばれ
め に何電子 必 要 か を示 す .す なわ ち
その 被毒効果 も異 な
C01分
子 が Pし 活 性 サ イ トを 1個 占有すれ ば
C02に な る
まで に 2電 子必要 で epsが 2と な る。
322
触 媒 の働 き
以 外で効果的 な触媒 が な い ことか ら Iltを 中心 に開 発 が進 め られ てい る、被毒機 構 が CO種
Pじ
に よ る こ とか ら
DMFCl刊 の 触媒 は改 質 ガス対 策の 触媒 と基本 的 には同 じと考 えて よ い。
被 毒 した Ptを f慶 活 させ るに は Pt上 の CO種 を取 り除 く必 要 が あ る.そ の ため には COを 酸 化
して しまえば よい。酸化 の 方法 は
ll
空 気 で酸 化 す る.被 毒 した電極 を空 気 に触れ させ れ ば
瞬 時 に COは 酸化 され
毒物 の な
い Pt表 面が 復活す る.改 質 ガ スを使 う燃 料電 池 では改 質 ガ スに微 量 の 酸 素 を混 入 させ る 方
法 も考 え られ てい るでDMFCに 対 して これ を実施 す るこ とは困難 で あ る。
②
Ptに 隣 り合 う位置 に酸 素種 を引 き込 む助 触媒 を置 く方法で ある。Pt― Ruが 現 在最 もよい触
媒 と考 え られ て いるが
て
Ruが Ru上 に Oあ るいは OH基 を取 り込 む働 きが あ るこ とを利 用 し
Pt上 の CO種 を酸 化 Ptの 活性 復活 を行 う.Snゃ Auも 同 じ作用 が あ る といわれ てい る。
いずれ に して もPtに 隣接 して助 触媒 が存在 す ることが必 須条件 であ る'。
32
M tt H20
一 M‐
(H20)ads
(15)
M (H20)adS
→ M―
(OH)ads+H十 +e
(16)
Pt―
(COH)ads+M‐ (OH)ads
→
Pt―
(CO)ads+M‐ (OH)ads
→
Pt+M tt C02+2H'+2e
Pt+M+C02+HI十 e
(17)
(18)
直接形 メ タノール燃料電池 の基礎特性
第 2章
C
電位 を瞬時 lV以 上に分極 し 電気化学的 に CO種 を酸化す る方法が考えられて い る。電
極表面の活性復活法 としては非常によい方法であるが
実際 に燃料電池の運転下 でこれ を行
うことは無理であろう。
結局
現在 の ところ 2)の 助触媒 を使 う方法が一番有効 で
Ptに 代わる触媒 の開発だけ でな
く 資源量 として乏 しい Ruに 代わ る助触媒 の開発 が望 まれ ている。
3.3
電 池特性 の向上
いろい ろな情報 が各方面 か ら入 り それぞれ が前後す るので記述 に整合性 が取れてい ない場合
がある.
先 に示 した日立の ゴル フカー トでは 38セ ルの電池 を直列 に し
6× 11(cm)の 電極 で 13V
52Wの 出力 が得 られ てい る。電池 の寸法 は 196w× 190d× 160h(cm)重 量 6kg。
この ゴル
ハ
フカー トは 12V 27All容 量の パ ッテ リーを積載 してお り 燃料電池 と イプ リッ ドで作動 させ
ている。
10
‐ JARI(Q)
O JARI(Air)
,New Castle
08
‐ LANL
'06
日
04
02
00
200
400
600
800
1,000
電 流密度 (ntAcm 2)
O JARl(Air)
O New Castlc
０ ０ ０
０
１
２
→
ｔミ〓︶毬椰 択■
‐ JARI(02)
200
400
600
800
1,000 1,200
電流密度 (mAcm り
図9
左はVl特 性
0MFCの 特性
Iの 関係
右 は出力密度‐
θ3
超小型燃料電池 の開発 と今後の展望
LANL(Los Alamos Na,onal Laboratorv)の 電池特性 を図9に 示す °、 日本自動車研究 所の
デ ー タもい っ しょに示す "
LANLの 特性は 130℃ の もので あるので一概 によヒ較 はで きないが
これだけの性能 が持続すれば自動車 への搭載 も期待 され る.19“ 年 に発表 され た ものであるが
その後 1998年 にはセル効率 18-34
36%を ク リア。19%の 時 027W/cm2(05V)36%の
時 01師Wcln2(05V)を 報告 してお リ デ ー タの 更新 が期待 され る.
1999年 には Siemensが DMFC7セ ル ス タックを開発 した,05V
メ タノール ー酸 素 で
025Wた m2 空気で olヽ ヽ
7cm2の 出力である。
図 2に 示 した携帯電話の DMFC"で は実際 に電池 を作動 させた実験例 としての報告はあるが
メタノールが loo%反 応 して生成物 が C02と 水 にな ってい るのか
メタノールや中間体 としての
ホルムアル デ ヒ ド等のlll出 に関 しては どうかな どについての詳細 な報告 は 見られない
。
3.4 DMFCの 技術課題
図 10に 水素 ―酸素 PEFC
DMFCの 電極電位 と電流密度の関係が示 されてい る
1°
は電解質膜の抵 抗 に よる起電 力の 低下 は 含まれて いな い。酸素 カツー ドの
分極
.こ の 図 に
改質 ガス中の
COに よる分極 の 大 きさがぃかに影響 を与えているかがわか るが メタノールの反応の さ
遅
極 の大 きさ)が さらに大 きな問題になっているかが わか るであろう。
(分
改質 ガスを燃料 とするPEFCで は coに よる被毒 が生ずるため 電極触 と して
媒
現在有望視
されている Pt_Ru以 上の性能 を持 った電極 を開発す ることが重要 で ある
.DMFCで は メタ
ノールの反応が水素 に比 べ て遅 い上 中間生成物 で あるCOに
よる被毒の 問題 が PEFCの 時
０
０ ３
０
０
２
０
０
１
︵
Ｔ日ツピ ︶ 盤 裡斌 ぼ
E/ア vs RHE
図 10
34
H2,CH00H,o2の 分極特性
第 2章
直接形 メ タノール燃 料電 池の 基礎持性
と同様 に起 こるため ,こ れ を解 決 しない限 り実用化 は難 しいて
PEFCで は電 解 質膜 の 問題 は ,主 に高温 下 での 膜 の乾燥 を防 ぎ
性 を上 げ るかで あ るが
DMFCで
は それ らの 問題 点 に加 え
伝導性 をよ くす るか
耐熱
さらに メ タ ノールの 透 過 をい
か に防 ぐか が大 きな問題 とな ってい る。水素 ―酸 素の透 過性 に比 べ て メ タノールの 透 過性 は
非常 に大 き く
メ タノール が酸素極 へ透 過 す れば
酸 素極 の 特性 が大 き く低下 す る。
PEFCと DMFCを 比 較 してみ る と PEFCで 一 番問題 とな って い る酸 素 の 還 元反応 は どち ら
PEFCは 実 用 にな らな い と も言 わ
も同 じ課題 と して残 され て い る.こ れ が解 決 しない限 り
れ てい る。
現状 は Lの 3点 共 に 未解決 で あ り 大 きな課 題 で あ る。以 下に問 題点 と最近 の 研究 につ いて述 べ
る
`
35
電解 質膜 の伝 導性 とメタノ ール の クロス オ ーバ
電 解 質 部分 は電 気 化学 システ ム を使 う限 りな くて はな らな い もの で あ リ
イオ ン伝導 性 で な く
て はな らな い。 しか し 必ず しも固体 高分子 に限 った もの で な くて もよ い。宇宙 船 内 で 使 われ て
い る燃 料電 池 の電 解 質 はアル カ リ液 で ある し 高温 作動用 の もの では固 体酸 化物 セ ラ ミック ス も
使 われ て い る.
この 中 で アル カ リ電 解 質 は生成物 の C02が 電 解 質 と反応 し電 解 質 が 劣化 す るの で DMFCに は
向 かない し 固体酸 化物 の よ うな セラ ミック スは瞬 時 に作動温 度 まで昇温 はで きな い こ とと 常
時 温 度 を保 つ こ と も難 しい 。 この よ うな こ とか ら
DMFCで は現在
ン導電性 で あ リ
る。 一方
車載用
携 帯機 器
小 型 の 電 池 を考 え た
固 体高 分子 電解 質 を使 う とい うの が 主流 で あ る。同体 高 分子 電解 質 は プ ロ ト
プ ロ トンが数個 の 水分子 を伴 って移動 す るため
水 と メ タ ノールは相溶 性 で無限 に溶 解 す るため
常 に加湿状態 で使 う必要 が あ
水 分子 の 移動 に 合わ せて メ タ ノール
もア ノー ドか らカ ソ ー ドヘ リー クす る。 この 現 象 は ク ロスオ ーバ ー と して電 池性 能 を著 しく低 下
させ る。
メ タ ノールの電 極 反応 が遅 い こ とや
被毒 をで きるだけ回避 す るため に 少 しで も高温 で行 うこ
とが望 まれ る。電 解 質膜 は高温 で は膜 が乾燥 す る とい う問題 が生 じるの で Si02等 を含 ませ て
い
膜 中の 水分 を保 つ工 夫 も行 われ てい る 。その 他 に メタ ノールの クロスオ ーパ ー を防 ぐ ため に
従来 の 膜構 造 に スチ レン基 を導 入 してパ リア性 を高 め る工夫 も行 われ てい る。耐 熱性 で は スル ホ
ン イ ミ ドを含む 高 分子 が開発 され てお り
3.6
200℃ での特性 が報 告 され て い る。
酸素 カ ソー ドの 反応性
酸 素 の 還元 反応 に 対 しては Ptが 一 番 よ い触 媒 とい われ て い るが
それ で も十 分 な反応 性 が得
超小型燃料電池の開発 と今後の展望
°‐° °
Ｙ 手
Pt (a)
「 Pt (b)rda Pt
(c)
H
92H十 +2e2恥 0
０ ２
蹄 ％
H+
H
911土 e01,9H++e9
(d) Pt
o:
2r'
Pt
Pt
5d″
5d斤
OJ吸 着‖の増加
O― Pth:介 力の‖珈
lt r移 ■の低 ド
!
1
O-0結 合力の低
〓ヽＲ”δ
`′
5dt rの 欠‖1増 加
0
20
40
60
80
100
Ni CO Fe atOm%
図 1l Pt合 金触媒の02還 元活性増大機構
られ て い な い 。Pt上 に吸 着 した 02の 結 合 をゆ るめ て OH結 合 を作 れ ば酸 素還 元 が起 こ りやす い
と考 え られ
5d電 子 を含む金属 とPtと の 合金の特性 が調 べ られ てい る。図 11に 原理 図 を示 す u)。
4 DMEを
燃 料 と す る DMFC形 燃 料 電 池
DME(dimethyl ether)は メタノール 2分 子を脱 水 した もので あるが メタノール に比 べ て電
解質膜の透過性 が低 い
易 に液化がで きる等
メタノール に比 べ毒性 がない。常温で気体であるが 少 し加圧すれば容
多くの利点があり 研究 が進め られている。水素 に比 べてエ ネルギ ー密度
は大 きく 反応性 が向上 して DMFCと 同 じように扱 うことがで きれば用途 は格段 に広が りを見
せ るもの と考えられ る。 しか し まだ実験段階で
DMFCと 比 べ て電池特性はよくない。図 12
に DMEFCの 特性を DMFCと 比較 して示す 2)。
5 DMFCの 小型化 に向けた新 しい技術 と今後の展望
DMFCで は メ タ ノール の 電 解 質透 過 が深亥1な 問題 で あ るが
フラー レン系 の プ ロ トン伝導 体
13)や 常温 溶融塩 を電解 質 にす る研究 が進 め られ てい る
Na■ on`系 の場 合 は プ ロ トンの
(図
θθ
B)。
第 2章
直接形 メタノール燃料電池の基礎特性
0
60
―-130 皇
――――
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`d,■
図 12
よ ヽ メ０ ３ ５ミ ０ ＾
ヽミ お 、こ
「
:肇
:OO
叙蜘﹃硼卸費鋼調狙爛０
ミ酬卜 Ⅲ… =… …‐ボ
イ000
`釉
0MFCと DMEFCの 特性 比較
左図 DMEFCと 右図 DMFC
フ ラー レン
図 13 フラーレン系 プロ トン伝導体
移動 に水 分 を伴 うの で加湿 が 必要 であ るが
これ ら新規電 解 質 は プ ロ トンの 移動 に水 を伴 うこと
がないの で電 池特性 は飛躍 的 に向上 す る もの と思 われ る.
メ タノール酸 化 には触媒性能 が 大 き く影響 す るが
ン を担 体 に した 新 しい電 極 の 開発 で
カーボ ンナ ノチ コ ー ブ
携 帯電 話 へ の DMFCの 搭 載 に弾 み がつ い た感 が あ る。試
作 品 が 公開 され て い る。 Pt微 粒子 は長 時 ]]使 用 して い る と凝 集 が起 こ るが
ンで は表 面 にll着 した Pt微 粒 子 がナ ノホ ー ンの 突 起 の 隙 間 に 入 り込 み
る ため
カ ー ボ ンナ ノホ ー
従 来 の 活性 炭 を使 った電 極 に比 べ Ptの 使 用 が 少 な い上
カ ー ボ ンナ ノホ ー
凝 集 しに く くな って い
電 池性 能 の 低 ドが起 こ りに く
い と考 え られ てい る。
電 池 その もの は基本 的 に は広 く使 われ てい る MEAタ イプの もの を積層 に す るの で は な く 平
面 に並 べ
回路 を直列 に構成 し 製造 工 程
コ ス ト削減 が図 られ て い る。図 14に は超 小型 llA料
電 池 の セル 基盤 の写 真 を示 す。
中空 フ ァ イパ ーの 壁面 に触 媒 を付 着 し 電 極 と した超 小型電 池 へ の 試 な が な され て い る。 lM
H2S04+3M CH,OHで 270mV 143mWcm 2 3M KOH+3M CH30Hで 2 8mWcm 2が 得
超 小型燃料電 池 の 開 発 と今後の展望
図 14 超小型燃オ
1電 池 のセル基板
られ て い・
る
.燃 料供給 廃棄物 の取 出 しな ど課題 は残 され て い るが 非常 に コ ンパ ク トで また
形状 が フ レキ シブル で あるので使 用状況 に あわせ た電池 の製 作 が 可能 で あ る。
DMFCの ゴル フカー トや ゴ ー カ ー トヘ の 搭 載 はデモ ンス トレー シ ョ ンとは い え
題 で あ る.さ らに
携帯電 話 や
夢 の あ る話
ハ ソコ ンの 電 源 と しての応 用 まで期待 が膨 らむ。本書の 企画 で
あ る超 小型燃 料電 池 は燃 料 一つ を とって もメ タノール に限 った ことではない し 電 解 質 も固体高
分子 に限 った ことで もない て また
性 が (無 限
?)に
メ タノールの他 に もい ろい ろな燃 料 が検 討 され て 7_り
ある とい って も過言 ではないだ ろ う。
超 小 型燃 料電 池 は安 い電 力を得 るエ ネル ギ ー変換 器 と考 えな くて もよいが
き下 げ るために触 媒 量の 低減
津 久井動
しか し 価 格 を引
エ ネル ギ ー密 度 を上 げ る ための 工 大な どまだ まだ課 題 は 多い .
文
1)田 村ツ、
毅
加茂友 一
工藤徹 一
献
日立評論
66 49(1984)
2)R G HOckaday cι αι
,2000FUEL CELL SEMINAR,791(2000)
3)http:″ ― w Loshiba cojp/abou1/press/1ndexJ htm プ レス リ リース
2003年 3月
4)httpッ 7w、 ″w caSiO Cojノ NeWS Release 2002年 6月 3日
5)神 谷 信行他
固体 高分子型燃 料電池 の 開発 と応 用
6)K Otaθ ′αι,J
7)西 田仲道
Eι
ecι
NTS(2000)
″
m2α ′Cル れ ,179,179(1984)
修十論文 ,横 浜国立大学 (1991)
8)X Ren,M S Wilson,S Gottesfeld,J E72c`r∝ ″ れ Soc,143,L13(1996)
38
可能
5日
第 2章
直接形 メタノール燃料電池の基礎特性
9)前 田 啓他 自動車研究 22 412(21X10)
10)山 田興一等 平成 11年 度自動車用燃料電池技術の現状 ・動向調査 、石油産業活性化 センター
(RE)調 査研究成果報告書 (1999)
11)T TOda,H Igarash,M Watanabe,The ge∞ nd lnt Fuel Cell Workshop,p158(1998)
12)J T Mullereι 配,J EJecrracル
s● ●,147,4058(20CЮ )
“
13)燃 料電池 燃料電池開発情報 センター 1(3).33(2002)
14)石 九
岡田 `シ ンポ ジウム :21世 紀の燃料電池技術
p8(2001)
39
マ イ ク ロ燃料電 池 ・ マ イク ロ改 質器
第 3章
田中秀治
1
マ イクロ燃料電池 の魅カ
マ イ クロ燃 料電 池 の 確 立した定 義 は な い が
こ こでは マ イク ロ燃 料電 池 を 10W以 卜級 の 燃 ll
電池 と定義す る.マ イク ロ燃料電 池 が注 目 され る最大の理 由 は
ある
*
た と えば
その 高 い理 論 エ ネル ギ ー密 度 に
後述 す る能 動 形 直 接 メ タ ノール 形 燃 料電 池 (direct meし hanol fllel cell
DMFC)は 20%の 発電 効 率 で も リチ ウム イオ ン電 池 の 数 倍 以 卜の エ ネ ル ギ ー密度 を実現 で き
る.燃 料 を補充す るこ とに よって連続 使 用 で きる こと も
充電 を必要 とす る二次電 池 にはな いマ
イク ロ燃 料電池 の 魅 力 で ある.
電 池 は投棄 または廃棄 され る と環境汚 染 の 原 因 にな るに もか か わ らず
その リサ イクル は電 池
の種 類 が 多い こ とや採 算が取れ な い こ とか ら進 ん でいない 。消 費者 の 間 で 使用済電 池 の 処 分法が
周知
電 池 の リサ イクル を難 しく し
徹底 され てい な い こ とも 消 費 者に混舌しを与 えて い る上
廃棄電 池 に よる環 境汚 染 を助長 して い る
したが って
使用済燃 料 カー トリッジが電 池 に比 べ て
処分 または リサ イクル しや す い こ と も マ イク ロ燃料電 池の 利 点 で あ ると考 え られ る。
ユ ビキ タス情報 社 会 が到 来す る と 携 帯電 話 PDA(personal digital assisし
ソコ ンな どの 携帯情報機 器の 台数 と消 費電 力 とが増 加￨し
ant)ノ
小形 パ ワ ー源 の 重要 性 が益 々高 ま る こ
二次 電 池 の エ ネル ギ ー密度 に限 界 が 見 え始 めて い る現状 を考 え る
とが 予想 され る. その一 方 で
と 上述 の よ うな利点 を有 す るマ イ クロ燃 料電 池 が注 目 され るの は 当然 で あ ろ う。 また
タス 情報社 会 で は
ー トハ
ユ ビキ
マ イク ロセ ンサ や情報 チ ップが我 々を取 り巻 く様 々な もの に取 り付 け られ
携 帯 情報機 器 と通信 をす るよ うに な る こ とが期 待 され て い る。 これ らの マ イク ロセ ンサ や情 報
ICチ ソプは 維 持
管 理 な しに長 期 間稼働 しな くて は な らず
を必要 とす る.こ の よ うなパ ワー源 と して
マ イ クロ燃 料電 池 の 研究
PEFCは
自動 車 用同体高分子形燃料電 池
お よび そ の イ ン フ ラ
の
「 数年 研究
ッフ大 の マ イク ロ燃 料電 池 が 有望 で あ る。
開発 が加 速 したの は 2000年 頃 か らで あ る。 その 背 景 には
よ うな情報 社会 の 発展 に加 えて
PEFC)技 術 の 進 歩
ICチ
開発期間 を経 て
(polン mer
上述 の
electrolメ e fuel ce■
,
コ ス トの 問題 が あ る よ うに思 わ れ る。 自動 車 用
技 術 的 に は実用化段階 に 達 してい るが
* ShuJi Tanaka 東北 大学 大学院 工学研究科 助 教授
`0
エ ネル ギ ー密 度 の 高 いパ ワー源
水 素 ステー