第1章 燃料電池の動作原理、特長と分類 |
1. 燃料電池とは何か ― 小型発電所システムとしての機能 16 |
2. 開発の歴史 ― 人工衛星ジェミニ5号で実用化 19 |
3. 燃料電池の種類 ― 種類に応じて異なる動作温度 26 |
4. 燃料電池セルの動作原理一電極で進行する電気化学的反応 28 |
第2章 水素の物性および生産と生成技術 |
1. 水素の発見と利用の歴史 34 |
(1) 水素の発見 34 |
(2) ヒンデンブルグ号の火災事故 34 |
(3) 石炭からの水素生成 35 |
(4) 化学工業の発展と水素 36 |
(5) 水素と近代物理学の誕生 37 |
2. 水素の特性 38 |
(1) 原子および分子構造のモデル化 38 |
(2) 水素の物性 39 |
3. 水素燃料の生成 ― 改質プロセスとその要求条件 ― 42 |
(1) 水素生成マップとエネルギー社会の構想 42 |
(2) 脱硫プロセス 44 |
(3) 水蒸気改質 45 |
(4) シフト反応 45 |
4. 水素生成技術 46 |
(1) 選択酸化反応によるCOの除去 47 |
(2) 吸着法 47 |
(3) 膜分離法 49 |
(4) 部分酸化改質 52 |
(5) オートサーマル改質 52 |
第3章 セル動作の熱力学 |
1. ギブスの自由エネルギーとエンタルピー 56 |
2. 理論起電力とネルンストの式 58 |
3. 理想熱効率 61 |
第4章 燃料電池の特長 |
1. セルとスタック 66 |
2. 燃料電池の特長 66 |
(1) 高い理想熱効率 66 |
(2) 現実の熱効率 67 |
(3) コージェネレーション 67 |
(4) 環境適応性 68 |
(5) スケールメリット 68 |
(6) 部分負荷での発電効率 70 |
(7) 利用可能燃料の多様性 70 |
3. 技術的問題点 70 |
第5章 固体高分子形燃料電池(PEFC) |
1. 総論 74 |
(1) 開発の歴史 74 |
(2) PEFCの動作原理と特徴 74 |
2. 単セルの構成 75 |
3. MEAおよびセパレ一夕の特性 76 |
(1) 電解質膜の構造と特徴 76 |
(2) 電解質膜の製法 78 |
(3) 電極触媒 80 |
(4) ガス拡散層 82 |
(5) セパレータ 82 |
4. 電流と電圧の関係 |
(1) セル内部で発生する損失 84 |
(2) 活性化分極 85 |
(3) 拡散分極と拡散電流 88 |
(4) 抵抗分極 89 |
5. 水管理の問題 89 |
6. 発電システム効率の計算式 91 |
第6章 燃料電池自動車(FCV)と家庭用PEFCコージェネレーションの実証研究 |
1. PEFCの開発と導入シナリオ 94 |
2. FCVの開発と実証運転試験 96 |
(1) JHFCブロジェクト 96 |
(2) 水素ステーションの仕様 99 |
3. 定置式PEFCの実証試験 99 |
(1) 家庭用燃料電池の動作条件 99 |
(2) PEFCによるコージェネレーション実証実験 100 |
4. PEFC実用化のための障壁 ― コスト低減と耐久性評価 102 |
第7章 マイクロ燃料電池 ― 動作原理と技術的課題 ― |
1. モバイル機器用マイクロ燃料電池に対する期待 104 |
2. DMFCの動作原理 106 |
3. システム構成による分類 109 |
4. 電解質膜の技術的課題 111 |
5. 周辺機器における開発課題 113 |
6. 開発の動向と普及のための課題 114 |
(1) 開発動向 114 |
(2) 普及のための課題 116 |
第8章 高温型燃料電池 |
1. 高温型燃料電池の優位点 120 |
2. 高温型燃料電池の難しさ 121 |
3. 高温型燃料電池の利用分野 122 |
4. MCFCの動作原理、技術課題および開発動向 124 |
(1) MCFCの動作原理 124 |
(2) 外部改質型と内部改質型MCFCシステム 125 |
① 外部改質型MCFC 126 |
② 内部改質型MCFC 128 |
(3) 溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)の開発動向 131 |
第9章 SOFCの技術課題と開発動向 |
1. SOFCの特徴 136 |
2. SOFC開発の歴史 140 |
(1) SWPCの実績 140 |
(2) アメリカ政府の取り組み 141 |
(3) 日本の取り組み 142 |
3. SOFCの動作原理 143 |
4. セルの構造と材料 146 |
(1) セル構造 146 |
(2) 電解質 148 |
(3) 電極反応 149 |
(4) 空気極 150 |
(5) 燃料極 150 |
(6) インターコネクタ 151 |
(7) ガスシール材 151 |
5. SOFCシステムの開発動向 152 |
(1) SWPC以外の海外企業等による開発動向 152 |
(2) アメリカDOEの開発計画 153 |
(3) 低温作動型SOFC 154 |
(4) 低コスト化への試み 157 |
(5) MOLB形SOFC 159 |
(6) わが国におけるその他の研究開発 162 |
第10章 燃料電池の開発動向と展望 |
はじめに 166 |
1. 実用化のための技術的ブレークスルー 166 |
2. 家庭用燃料電池の発電効率 167 |
3. 劣化メカニズムの解明と加速試験法の確立 169 |
4. プロジェクトフォーメーションの問題点 170 |
5. 燃料電池自動車(FCV)と水素エネルギー社会 171 |
第11章 アメリカ政府および国際機関によるFCおよび水素開発プロジェクト |
1. アメリカにおける水素社会と燃料電池のイメージ 176 |
2. 家庭用PEFCの環境面での効果 177 |
3. 家庭用PEFCの経済面での評価 178 |
4. 家庭用燃料電池の市場 181 |
5. FCVの家庭用電源としての利用 182 |
6. Hydrogen Fuel Initiative 185 |
7. 水素生成・貯蔵技術の目標と成果 186 |
8. 自動車用および定置式燃料電池の研究開発 187 |
9. International Partnership for the Hydrogen Economy(IPHE) 188 |
10. IEAHIA 189 |
【付録】基礎理論・用語解説 |
1. 熱力学理論 194 |
(1) エンタルピーとギブスエネルギーの定義 194 |
(2) 熱力学第1法則とエンタルピー変化 195 |
(3) 熱力学第2法則 196 |
(4) ギブスエネルギー変化と燃料電池の発電出カ 196 |
2. 活性化過電圧の計算 ― Tafelの式、交換電流密度の説明と誘導 ― 198 |
(1) 電流と電極反応速度 198 |
(2) 活性化エネルギー 200 |
(3) 電流の電極電位依存性 201 |
(4) 平衡電極電位と交換電流 202 |
用語解説 205 |
【用語索引】 211 |
第1章 燃料電池の動作原理、特長と分類 |
1. 燃料電池とは何か ― 小型発電所システムとしての機能 16 |
2. 開発の歴史 ― 人工衛星ジェミニ5号で実用化 19 |