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燃料電池の仕組みとは?

(2011年4月 8日掲載)

エネファームも、いわゆる「燃料電池」の一種。それでは、燃料電池とはどのような仕組みの電池で、どんな種類があるのでしょうか。詳しく見てみましょう。

燃料電池の仕組みと種類を少し詳しく解説します!

燃料電池が発電する仕組み

一般的に、水素(燃料)と酸素(酸化剤)の化学反応により、電気と熱を発生させる電池のことを「燃料電池」と言います。燃料と酸化剤を供給し続けることで、継続的に電力を取り出すことができます。燃料電池は、用いる電解質の種類により、主に以下の5種類に分けられます。

固体高分子型燃料電池(PEFC)

電解質に固体高分子膜を用いるタイプ。
動作温度は70~90℃、発電効率は33~44%。
触媒に白金を用いるため、コストダウンが難しいところがデメリットですが、白金の代替触媒として、価格の安いコバルトやニッケルなどを使用した燃料電池の研究もすすめられています。家庭用・自動車用・携帯用など、小型用途に適しています。
ちなみに現行の「エネファーム」はこのタイプの燃料電池を使っています。

アルカリ電解質型燃料電池(AFC)

電解質にアルカリ性水溶液を用い、燃料には高純度の水素を使用する燃料電池。
動作温度は20~150℃、発電効率は70%以上。
セル構造が単純なため小型化が可能ですが、コストが高く、燃料と空気に含まれるCO2を除去する必要があるため、主にスペースシャトル、潜水艦などの特殊用途として使用されています。

リン酸型燃料電池(PAFC)

電解質にリン酸水溶液を用いるタイプ。
動作温度は200℃、発電効率は35~46%。
実用化されているのは100kW程度の製品で、主に工場やビル向けのコジェネレーションシステムとして利用されています。

溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)

電解質に溶融炭酸塩を用いるタイプ。
動作温度は650~700℃、発電効率は44~66%。
発電効率が高いのが特徴で、動作温度が高いため、排熱の利用にも効果的とされています。触媒に白金を用いないので低コストで製造でき、水素の他に都市ガスや天然ガスなど、様々なガスを利用できる点もメリットとして挙げられます。発電所などの大規模用途に適しており、現在、中部電力などに商用電源として設置されています。

固体酸化物型燃料電池(SOFC)

電解質にセラミックを用いるタイプ。
動作温度は700~1000℃、発電効率は44~72%。
現在、燃料電池の中で最も発電効率が高いとされているタイプです。触媒に白金を使用しないため、低コスト化が可能。動作温度が高いので、排熱の利用にも効果的です。また、家庭用電源から発電用の大規模なものまで対応できるのもポイント。
一方で、予熱が必要なため起動時間が長い、体積当たりの出力密度が低い、といった欠点もあります。
JX日鉱日石エネルギーが2011年10月に発売予定の新型エネファームは、このタイプ。



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