燃料電池システムとは

燃料電池システムとは

水に電気を通すと水素と酸素の泡が出てくるのは「水の電気分解」。燃料電池の仕組みはその逆で、「水素」と空気中の「酸素」を反応させて電気を起こす画期的な発電システム。エネルギー効率に優れ、有害物質を排出しないことから、地球の環境問題やエネルギー問題を解決する。

自動車で使用されるのは、「固体高分子形燃料電池(PEFC:、Polymer Electrolyte Fuel Cell)」と呼ばれる種類。基本構造は正極板と負極板がイオン交換膜をはさむ構造。電極は触媒層とガス拡散層で構成される。正極(酸素極)と負極(水素極)には数多くの細い溝があり、この溝に正極に酸化剤(酸素)を、負極に還元剤(水素燃料)を供給することにより反応が起こり発電する。イオン交換膜は電解質の固体高分子膜で構成され、これらを一体化したセルはMEA(Membrane Electrode Assembly)と呼ぶ。1枚のセルの出力は0.7Vと小さいので、セルは300枚程度使用する。

このセルとガスケット、セパレータを重ねて一つのパッケージにしたものを燃料電池スタックと呼ぶ。さらに燃料電池スタック数個を連結しては小型のケースに収め、冷却システムも装備し車両に搭載する。作動温度は80℃~100℃と低く、小型化しても出力効率が良い。

燃料電池車の長所は、長時間の充電が必要な電気自動車と違い、ガソリン内燃機関自動車と同様に短時間の燃料充填が可能。 また、1回の充填による走行距離も電気自動車よりも長い。短所は、水素は無色、無臭でガス漏れが気づきにくく、爆発しやすいため、発火安全性対策が最重要開発課題となる。

構造面の対策は、MEA単体のシール剤は、高いガスバリア性と電気絶縁性が必要で、振動、衝撃等を吸収するためにゴム弾性体であることが望ましい。また、高分子膜を機能させるのに必要な水蒸気を外部に漏らさない低透湿性、耐酸性、耐湿性および耐熱性を併せ持つことが必要となる。 スタックケースは衝突事故などで、衝撃が加わった際にセルがずれないような工夫を行いスタックからの水素漏れを防ぐ。また、高圧水素タンクは金属ではなく、炭素繊維や樹脂などで構成され、3層構造になっている。

サイズ

1000㎜~2000㎜

構成

燃料電池スタック、高圧水素タンク、コントロールECU、駆動モーターユニット、インバータ、駆動用二次電池、水素漏れ検知器

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