エネファームは、都市ガスから取り出した「水素」と、大気中の「酸素」から化学反応によって電気をつくり、発電時の熱も有効利用する、家庭用燃料電池コージェネレーションシステムです。 2009年度から「エネファーム ※1」の販売を開始し、2012年度にはより発電効率を重視した「エネファームtypeS ※2」の販売を開始しました。 ※1 家庭用固体高分子形燃料電池コージェネレーションシステム ※2 家庭用固体酸化物形燃料電池コージェネレーションシステム 1.
固体高分子形燃料電池(PEFC、PEMFC)の特徴 固体高分子形燃料電池の特徴には以下のことが挙げられます。 固体高分子形燃料電池の長所(メリット) ①反応による生成物が水と発熱エネルギーのみであるため、低環境負荷であること。 ②化学エネルギーを直接、電気エネルギーに変換するため、高い 理論変換効率 を有すること。固体高分子形燃料電池の理論変換効率の値はおよそ83%程度です。 また、発熱エネルギーも別の工程で有効利用することで、電気と熱エネルギーを合わせた総合効率(コージェネレーション効率)が非常に高いです。 ③電解質膜に固体高分子を使用するため、小型化が可能であり、常温付近から低温まで作動することが可能であること。 固体高分子形燃料電池(PEFC)の課題(デメリット) 固体高分子形燃料電池(PEFC)の課題としては、以下のようなことが挙げられます。 ①カソード・アノード両方の電極触媒に白金(Pt)といった貴金属を使用するため高コストであり、白金の埋蔵量の低さから別の元素を使用した触媒の開発(白金代替触媒)が求められていること。 ②電極や電解質膜の耐久性が目安値の10年間に達していないこと。 ③カソードでの酸素還元活性反応(ORR)性が特に低く、活性化過電圧や濃度過電圧が大きいことから理論起電力の1. 23V付近に到達していないこと。 などが挙げられます。 詳細な課題や対応策などは別ページで随時追加していきます。 燃料電池におけるエネルギー変換効率は?理論効率の算出方法は?
電池と燃料電池の違い 固体高分子形燃料電池(PEFC)の構成と反応、特徴 こちらのページでは、電池と似たような装置として一般的にとらえられている ・燃料電池とは何か?電池と燃料電池の違いは? ・固体高分子形燃料電池の構成と反応 ・固体高分子形燃料電池の特徴 について解説しています。 燃料電池とは何か?電池と燃料電池の違いは? 燃料電池と聞くと電池という言葉を含んでいるため、スマホ向けバッテリーに使用されている リチウムイオン電池 のような充放電を繰り返し使えるような電池をイメージをするかもしれません。 しかし、燃料電池は電池というより発電機という言葉が良くあてはまるデバイスです。 通常の「電池」は電池を構成する正負極の活物質自体が化学反応を起こし電気エネルギーに変換するのに対して 、「燃料電池」は外部から酸素や水素などの燃料を供給し 、その燃料を反応させることで化学エネルギーを電気エネルギーに変換させます。 この燃料電池にも種類がいくつかあり、代表的な燃料電池は以下のものが挙げられます。 ①固体高分子形燃料電池(PEFC、PEMFC) ②固体酸化物形燃料電池 ③溶融炭酸塩形燃料電池 ④リン酸形燃料電池 ⑤アルカリ交換膜型燃料電池 こちらのページでは、特に研究・開発が進んでいる燃料電池の中でもスマートハウスやゼロエネルギーハウスなどに搭載の家庭用コージェネレーションシステムとして実用化されている 固体高分子形燃料電池(PEFC) について解説しています。 関連記事 リチウムイオン電池とは? アノード、カソードとは? 固体高分子形燃料電池 構造. 燃料電池におけるエネルギー変換効率は?理論効率の算出方法は? ;固体高分子形燃料電池(PEFC)の構成と反応 MEA(膜-電極接合体)とは? 固体高分子形燃料電池(PEFC)の単位構成は、 アノード、カソード 、電解質膜、外部筐体等から構成されます。 電解質膜をアノード、カソードで挟みこみ接合したものを膜-電極接合体(Membrane Electrode Assemblyの頭文字をとり、MEAとも呼びます)と呼び、このMEAが実験室で燃料電池の評価を行う際の最小単位です。 そして、燃料としてアノードには水素を、カソードには酸素や酸素を含んでいる空気を供給し、化学エネルギーを電気エネルギーに変換させます。 アノードとカソードが直接触れると、水素と酸素の反応が起きてしましますが、膜を介して各々反応を起こすことで外部回路に電子を流すことができ、つまり電流流す、発電出来るようになります。 各々の電極の反応式は以下の通りです。 燃料に水素と酸素を使用し、生成物が水と発熱エネルギ-のみであるため、低環境負荷なエネルギーデバイスであると言えます。 アノードやカソード、電解質膜の詳細構造は別ページにて解説しています。 燃料電池におけるエネルギー変換効率は?理論効率の算出方法は?
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更新日:2020年3月6日(初回投稿) 著者:敬愛(けいあい)技術士事務所 所長 森田 敬愛(もりた たかなり) 前回 は、主な燃料電池の種類と発電原理について解説しました。今回は、その中でも特に一般家庭や自動車用途に導入が進む固体高分子形燃料電池(PEFC)のセル構造と、そこに使われる材料について解説します。 今すぐ、技術資料をダウンロードする! (ログイン) 1. セルの構造 図1 にPEFCのセル構造の概要を示します。電池を英語でセル(cell)と呼び、負極・正極を含めさまざまな材料を組み合わせて構成された最小単位を単セルと呼びます。この単セルを数多く積層したものがスタック(stack)であり、家庭用燃料電池や燃料電池自動車に組み込まれ、発電を行っています。 図1:PEFCのセル構造の概要 単セルの構成材料は、まず中心に電解質となる固体高分子膜(厚さ数10μm程度)があり、その両面に負極層と正極層(それぞれ厚さ数10μm程度)が形成されます。ここには、各極の電気化学反応を進めるための触媒(基本的にはPt触媒)が含まれています。その外側には、炭素繊維で作られたカーボンペーパーなどの多孔質体層(厚さ数10μm~百数10μm程度)が、ガス拡散層として配置されます。そして、これらを一体化したものが膜ー電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)です。このMEAを積層してスタックを作るために、ガス流路が形成されたセパレータ(厚さ約0. FCCJ 燃料電池実用化推進協議会. 5~数mm程度)が各MEAの間に配置されます。 燃料電池自動車では、限られた空間にスタックを収めるため、単セルの厚さをできるだけ薄くし、スタックの寸法をコンパクトにすることが求められます。そのため各部材の厚さを薄くする必要がありますが、それによって例えばセパレータでは機械的強度が低下してしまいます。また固体高分子膜では、薄くすることでセルの内部抵抗を低減できますが、一方で機械的強度の低下はもちろん、水素と酸素が膜を通り抜ける現象(ガスクロスオーバー)が起こり、化学的劣化が進みやすくなります。電池性能や耐久性などのさまざまな要求特性を満たすために、各材料の開発とそれらの組み合わせの検討が長年続けられ、現在の家庭用燃料電池や燃料電池自動車の一般販売に至りました。もちろん、現在も各材料のさらなる改良が続いています。 2.
燃料電池とは? double_arrow 燃料電池の特徴 double_arrow 燃料電池の種類 double_arrow 固体高分子形燃料電池(PEFC)について double_arrow PEFCについて double_arrow 固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)は現在最も期待される燃料電池です。家庭用、携帯用、自動車用として適しています。 常温で起動するため、起動時間が短い 作動温度が低いので安い材料でも利用でき、コストダウンが可能 電解質が薄い膜なので小型軽量化が可能 PEFCのセル 高分子電解質膜を燃料極および空気極(触媒層)で挟み、触媒層の外側には集電材として多孔質のガス拡散層を付しています。 さらにその外側にはセパレータが配置されています。ガス拡散層は触媒層への水素や酸素の供給、空気極側で生成される水をセパレータへ排出、また集電の役割があります。セパレータには細かいミゾがあり、そこを水素や酸素が通り、電極に供給されます。 参考文献 池田宏之助編著『燃料電池のすべて』日本実業出版社 本間琢也監修『図解 燃料電池のすべて』工業調査会 NEDO技術開発機構ホームページ 日本ガス協会ホームページ 東京ガスホームページ
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