出版社内容情報
【監修者】
田村 英雄 大阪大学名誉教授・MH利用開発研究会会長
【編著者】
内田 裕之 山梨大学大学院医学工学総合研究部教授
池田宏之助 燃料電池水素基盤技術懇談会会長・MH利用開発研究会副会長・佐賀大学非常勤講師・上村工業(株)監査役・電気化学会電池技術委員会名誉委員
岩倉 千秋 大阪府立大学大学院工学研究科物質系専攻応用化学分野教授
高須 芳雄 信州大学繊維学部精密素材学科教授
監修の辞
序
第1章 固体高分子形燃料電池とは
第1節 なぜ，燃料電池が注目されるのか？
1. 21世紀の地球を取り巻くトリレンマ
2. 火力発電と燃料電池発電
3. 燃料電池の発電効率
第2節 固体高分子形燃料電池の特徴
1. 燃料電池と一次電池，二次電池の相違点
2. 燃料電池の分類
3. 燃料電池の開発小史
4. PEFCの開発経緯
5. PEFCの特徴
第3節 PEFCの作動原理と基本構成
1. PEFCの作動原理
2. DMFCの作動原理
3. PEFCの基本構成
第2章 固体高分子形燃料電池の構成材料
第1節 フッ素系電解質膜
1. はじめに
2. フッ素系膜
2.1 燃料電池用イオン交換膜に求められる基本特性
2.2 パーフルオロスルホン酸
2.2.1 構造,製法,物性
2.2.2 不純物の影響
2.2.3 パーフルオロ膜の安定性
2.3 高耐熱性膜
3. 補強膜
3.1 はじめに
3.2 PTFE多孔体補強膜
3.3 フィブリル補強膜
4. 加湿方法
4.1 はじめに
4.2 外部加湿
4.3 内部加湿
4.4 自己加湿
4.5 薄膜、高イオン交換容量膜の使用
4.6 その他
5. おわりに＜吉武優＞
第2節 電極
1. 電極触媒材料(白金,白金合金)
1.1 はじめに
1.2 白金系金属の構造と吸着・触媒特性
1.2.1 超微粒子の表面サイト
1.2.2 超微粒子の露出結晶面
1.2.3 白金電極における水素波
1.2.4 結晶面と触媒活性
1.3 白金系合金の構造
1.3.1 合金組成と構造
1.3.2 表面組成とバルク組成,粒子の組成の均質性
1.3.3 選択溶解性
1.4 金属・合金・超微粒子の電子構造
1.4.1 金属・合金の価電子帯の構造
1.4.2 Dowdenによる触媒活性の理論
1.4.3 金属超微粒子の電子構造
1.5 各種金属触媒の吸着特性と触媒反応活性の傾向
1.5.1 各種金属と吸着熱
1.5.2 各種金属の水素電極反応活性
1.6 アノード反応
1.6.1 メタノールの酸化
1.6.2 メタノールおよびCO酸化と結晶面および粒子サイズの関係
1.7 カソード反応
1.7.1 貴金属,白金合金
1.7.2 白金粒子のサイズ効果
1.8 今後の展開
2. 高分散触媒とガス拡散電極(炭素担体を含む)
2.1 高分散へのプロローグ
2.2 高分散の正体
2.3 触媒担体と高分散担持
2.4 担体と電極性能
2.5 触媒担持率と電極性能
2.6 CO被毒と高分散
2.7 触媒の最適化と今後の課題
3. ガス拡散基材
3.1 ガス拡散基材の機能と要求特性
3.2 カーボンペーパー
3.3 炭素繊維織物
4. 膜電極接合体(ガス拡散電極構造含む)
4.1 はじめに
4.2 固体高分子形燃料電池
4.2.1 固体高分子形燃料電池の概要
4.2.2 固体高分子形燃料電池の要素技術
4.3 結言および今後の展開
第3節 セパレータ(炭素、金属)
1. はじめに
2. セパレータを含む単セルにおける電子とイオンの動き
3. 積層構造における電子とイオンの機能化学
4. PEFCの電子とイオンの伝導材料と比抵抗
5. 垂直積層と平面積層での電子の移動距離の比較
6. セパレータ構成材料の比較
7. PEFCセパレータの機能
8. カーボン樹脂モールドセパレータの開発(NEDOフェーズ3)
8.1 電気抵抗
8.2 機械特性
8.3 安定性
8.4 成形精度
8.5 製造コスト
9. セパレータの流路形状
10. PEFCで起こりうる腐食
11. セパレータ流路の工夫
12. おわりに
第3章 水素の製造と輸送・貯蔵
第1節 副生水素
1. 水素製造方法
2. 水素需要供給予測
3. 食塩電解
4. コークス炉副生ガス(COG)
5. 廃熱利用によるメタン改質
6. コ・プロダクションによる水素製造
7. 廃棄金属アルミニウムによる水素製造
8. 都市ガス，LPG改質によるオンサイト供給
9. 水素供給システムの現状
第2節 水電解
1. はじめに
2. 水電解による水素製造例
2.1 アルカリ水電解
2.1.1 商業用アルカリ電解槽
2.1.2 改良型アルカリ電解槽
2.2 固体高分子形水電解法
2.3 高温高圧型高分子水電解
2.4 可逆セル
2.5 高温水蒸気電解
2.6 水素製造装置の応用例(水素供給ステーション)
2.7 米国水素製造プロジェクトの動向
3. おわりに
第3節 各種炭化水素系燃料からの水素製造技術
1. 燃料電池における燃料改質技術
1.1 燃料電池の種類と使用可能燃料
1.2 燃料と改質システム
1.3 燃料電池用天然ガス改質システム
2. 脱硫触媒
2.1 一般的な脱硫方式
2.2 より高次な脱硫
3. 改質触媒
3.1 改質方式
3.2 水蒸気改質法
3.3 部分酸化法およびオートサーマル法
4. CO変成触媒
5. CO除去触媒
6. PEFC用燃料改質システムの開発状況
7. おわりに
第4節 バイオマス水素製造
1. バイオマスの性質
1.1 バイオマスのエネルギー量
1.2 バイオマスの生産性
1.3 C3植物とC4植物
1.4 未利用バイオマス資源量
2. 熱化学的ガス化による水素製造
3. 発酵による水素製造
3.1 なぜ発酵で水素を製造するか
3.2 発酵の水素収率と代謝産物
3.3 水素発生速度
3.4 利用に適したバイオマス
第5節 水素輸送・貯蔵
1. はじめに
2. 圧縮水素としての貯蔵
3. 液体水素としての貯蔵
4. 水素貯蔵材料による貯蔵
4.1 水素吸蔵合金
4.2 無機系水素貯蔵材料
4.3 有機系水素貯蔵材料
4.4 炭素系材料
5. おわりに
第4章 固体高分子形燃料電池の用途
第1節 燃料電池車(FCV)
1. はじめに
2. 燃料電池システム
2.1 水素式燃料電池システム
2.2 改質式燃料電池システム
3. FCVの開発動向
3.1 コスト
3.2 効率(燃費)
3.3 運転性
3.4 信頼性
3.5 搭載性
4. おわりに
第2節 家庭用コージェネレーションシステム
1. はじめに
2. 家庭用コージェネレーションシステムの構成
3. 家庭用コージェネレーションシステム導入による効果
4. システム開発例
5. 開発状況
5.1 定置用固体高分子形燃料電池システム普及基盤整備の概要
5.2 定置用燃料電池実証研究の概要
5.3 家庭用コージェネレーションシステム標準化に対する取り組み
5.4 家庭用コージェネレーションに関しての規制緩和に対する取り組み
6. おわりに
第3節 家庭用コージェネレーションシステムの導入効果解析
1. 住宅と環境問題
2. 家庭用コージェネレーションシステムの構成
3. 家庭用エネルギーシステムの比較
3.1 環境特性比較検討
3.2 経済特性比較検討
4. 家庭用コージェネレーションシステムの導入効果解析手法
4.1 家庭用コージェネレーションシステム導入効果解析の目的・意義
4.2 一般的な手法とその問題点
4.3 汎用性を求めた導入効果解析ソフト
4.3.1 条件設定
4.3.2 家庭のエネルギー負荷の計算
5. 戸建住宅への家庭用燃料電池コージェネレーションシステム導入効果の解析
5.1 標準条件の設定
5.2 解析結果
5.2.1 家庭用燃料電池コージェネレーションシステム導入効果
5.2.2 部分負荷効率の影響
5.2.3 効率による導入効果の差
5.2.4 地域による導入効果の差
5.2.5 住宅のく体構造(省エネルギー基準)による導入効果の差
5.2.6 給湯量(生活様式の違い)による導入効果の差
5.2.7 燃料価格の影響
5.2.8 二世帯での共同利用による効果
6. おわりに
第4節 マイクロ燃料電池
1. マイクロ燃料電池開発の背景
1.1 マイクロ燃料電池への期待
1.2 マイクロ燃料電池と二次電池との比較
1.3 マイクロ燃料電池とkW級PEFC(自動車用・家庭用燃料電池)との比較
2. マイクロ燃料電池の発電特性
2.1 携帯電子機器用途に適した燃料電池
2.2 DMFCの反応と特性
3. マイクロ燃料電池の構造とシステム
3.1 マイクロ燃料電池のセル構造
3.1.1 平面型スタック
3.1.2 積層型スタック
3.2 マイクロ燃料電池のシステム
3.2.1 マイクロDMFCシステム
3.2.2 改質型マイクロPEFCシステム
3.2.3 純水素型マイクロPEFCシステム
4. マイクロ燃料電池の燃料
5. マイクロ燃料電池の技術課題
5.1 マイクロDMFCにおける燃料の濃度
5.2 マイクロ燃料電池のための技術開発
6. マイクロ燃料電池の今後
第5節 PEFCの利用・開発動向
1. PEFC利用上の問題点
2. 燃料電池自動車(FCV)の開発
2.1 わが国におけるFCVの開発
2.2 海外動向
3. FCVの実証運転試験
4. 燃料選択に関する考察
5. 家庭でのコージェネレーション用燃料電池
5.1 家庭用燃料電池の動作条件
5.2 家庭用固体高分子形燃料電池(PEFC)コージェネレーション実証実験
第5章 固体高分子形燃料電池の最近の研究開発動向
第1節 新規電解質膜(炭化水素,高温型)
1. はじめに
2. 高分子電解質膜
3. 新規電解質膜
4. 新規フッ素樹脂系電解質と部分フッ素化電解質膜
5. 炭化水素系電解質
6. 耐熱性高分子を用いた炭化水素系高分子電解質
7. おわりに
第2節 合金電極触媒材料
1. 電極触媒と電極構造
2. 酸素還元カソード触媒
2.1 カソード触媒開発の概要
2.2 カソード触媒作用に対する表面電子状態の効果
3. 耐CO被毒アノード触媒
3.1 Pt電極触媒のCO被毒
3.2 耐CO被毒アノード合金触媒の設計
3.3 耐CO被毒性に対する表面電子状態の効果
第3節 高活性高分散触媒の開発・・炭素担持PtRuアノード触媒の調製プロセスと性状・物性の関係
1. はじめに
2. 炭素担持白金ルテニウム電極触媒の調製法
2.1 貴金属コロイド化学還元法(液相)
2.2 貴金属酸化物コロイド気相還元法
2.3 貴金属錯体含浸－還元熱分解法
2.4 表面修飾コロイド－還元熱分解法
3. 種々のPtRu/C調製プロセスにおけるPtRuナノ粒子の性状
4. PtRuナノ粒子の性状とCO被毒耐性,メタノール酸化活性
4.1 表面修飾コロイド－還元熱分解法における還元剤・安定剤の影響
4.2 含浸－還元熱分解法におけるRu前駆体種,還元熱分解温度の影響
4.3 含浸－還元熱分解法におけるPt前駆体種の影響
4.4 カルボニル錯体含浸－還元熱分解法とコロイド気相還元(亜硫酸錯体)法の比較
5. PtRu/C調製プロセスにおける炭素担体の影響
6. おわりに
第4節 燃料プロセシング触媒
1. 燃料電池の燃料適応性
2. メタノールおよび含酸素化合物の改質
3. 炭化水素からの水素製造
4. CO被毒の対策
5. 水性ガスシフト反応
6. CO選択酸化
7. おわりに
第6章 将来展望(普及戦略と期待)
第1節 はじめに
第2節 すべての燃料電池の普及に関する共通の課題
1. 規制緩和
2. 一般ユーザーである市民の啓蒙・教育
3. 導入初期のコスト高への対応
第3節 燃料電池自動車
1. 燃料電池自動車のコスト低減
2. 信頼性と耐久性の確保
3. 水素インフラの確立
4. 燃料電池車の導入目標
5. 燃料電池自動車に対する規制緩和
第4節 定置用燃料電池
1. 家庭用燃料電池
2. 業務用燃料電池
第5節 移動用など小型燃料電池
第6節 電子機器用超小型燃料電池
第7節 おわりに
おわりに
【執筆者】(執筆順)
田村 英雄 大阪大学名誉教授・MH利用開発研究会会長
渡辺 政廣 山梨大学クリーンエネルギー研究センターセンター長・教授
吉武 優 旭硝子(株)中央研究所主幹
寺田 一郎 旭硝子(株)中央研究所主幹
本村 了 旭硝子(株)中央研究所主席
山田 耕太 旭硝子(株)中央研究所主席
国狭 康弘 旭硝子(株)中央研究所
高須 芳雄 信州大学繊維学部精密素材学科教授
鶴見 和則 田中貴金属工業(株)技術本部取締役本部長
井上 幹夫 東レ株式会社コンポジット生産部技術課主任部員
内田 誠 松下電器産業(株)くらし環境開発センターFC事業開発室スタック開発グループチームリーダー
光田 憲朗 三菱電機(株)先端技術総合研究所エネルギー変換技術部主席研究員
秋山 友宏 大阪府立大学大学院工学研究科物質系専攻化学工学分野助教授
西村 靖雄 新エネルギー・産業技術総合開発機構水素エネルギー技術開発室主任研究員
岡田 治 大阪ガス(株)エネルギー技術研究所理事・エグゼクティブリサーチャー・次世代改質システムプロジェクト部長
谷生 重晴 横浜国立大学教育人間科学部自然環境講座教授
栗山 信宏 産業技術総合研究所生活環境系特別研究体新エネルギー媒体研究グループグループ長
有田 正司 日産自動車(株)総合研究所首席研究員
三宅 泰夫 三洋電機(株)技術開発本部エコ・エネシステム技術開発センタービジネスユニット担当部長
冨江 徹 積水化学工業(株)環境・ライフラインカンパニー開発部部長
安田 和明 産業技術総合研究所生活環境系特別研究体小型燃料電池研究グループ主任研究員
本間 琢也 燃料電池開発情報センターFCDIC常任理事・筑波大学名誉教授
陸川 政弘 上智大学理工学部化学科助教授
内田 裕之 山梨大学大学院医学工学総合研究部教授
杉本 渉 信州大学繊維学部精密素材工学科助手
江口 浩一 京都大学大学院工学研究科教授
岡野 一清 水素エネルギー協会理事
池田宏之助 燃料電池水素基盤技術懇談会会長・MH利用開発研究会副会長・佐賀大学非常勤講師・上村工業(株)監査役・電気化学会電池技術委員会名誉委員
目次
第１章 固体高分子形燃料電池とは
第２章 個体高分子形燃料電池の構成材料
第３章 水素の製造と輸送・貯蔵
第４章 固体高分子形燃料電池の用途
第５章 固体高分子形燃料電池の最近の研究開発動向
第６章 将来展望（普及戦略と期待）
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- アイデアの着眼点
