固体高分子形燃料電池(POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL)

固体高分子形燃料電池(POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL、略してPEFC)について調べてみました。

特許庁の特許検索で調べてみても、燃料電池はかなり多くヒットしますので、今後も期待される分野ですね。

携帯電話やパソコン、自動車などへさらに普及していくことが期待されています。

その他にもりん酸形燃料電池(Phosphoric Acid Fuel Cell、PAFC)、溶融炭酸塩形燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell、MCFC)、固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell、SOFC)、微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell、MFC)等、

の種類はありますが、まだ一部が研究段階のものもあるため、ここでは一般的に実用化されている基本の固体高分子形燃料電池について解説していきます。

画像はWikipediaを参照しています。

 

水素(メタノールの場合もあり)を燃料極(負極)から取り込んで、プロトン(H⁺)と電子(e⁻)に分けられます。

H₂ → 2H⁺ + 2e⁻

ここで取り出された電子が電気エネルギーとして活用されます。

固体高分子膜(電解質)を通って、燃料極で生成されたプロトンのみが空気極へ移動します。この固体高分子膜がイオン交換膜となります。

空気極(正極)では、固体高分子膜から移動してきたプロトンが空気(O₂)と反応して、水が生成されます。

4H⁺  + O₂ + 4e⁻  → 2H₂O

この燃料極と固体高分子膜、空気極を貼り合わせたものは、電極接合体と呼ばれます。

最終生成物が水なので非常に環境に優しい電池ということになります。

水素からプロトン(H⁺)と電子に分かれ、最終的に空気(O₂)と反応して水になる。

構造としては、画像をみる限りでもかなり単純でわかりやすいのですが、燃料膜で触媒として用いられる白金が高価で希少であるためにコスト面での課題や、高分子膜の耐久性の向上、30%~40%である発電効率の向上も今後の課題としてあげられます。

白金(プラチナ)は、日本では貴金属として使用されることもよくありますが、自動車産業などの工業的な使用がかなり多いということですね。

燃料電池関連の特許を読み始めてまだ間もないですが、モバイル化がますます進む現代ではなくてはならない存在ですし、課題も多いので、今後も注目していきたいと思います。

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