燃料電池とは：その種類と仕組み

燃料電池とは

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。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る。燃料電池は、用いる電解質の種類により、主に以下の5種類に分けられる。

燃料電池の種類と特徴

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。
動作温度70～90℃、発電効率33～44％。触媒に白金を用いるため、コストダウンが難しいが、白金の代替触媒として、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る。家庭用・自動車用・携帯用など、小型用途に適している。家庭用燃料電池「エネファーム」はこのタイプの燃料電池を使っている。

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20～150℃、発電効率70％以上。セル構造が単純なため小型化が可能だが、コストが高く、燃料と空気に含まれる二酸化炭素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る。

リン酸型燃料電池（PAFC）

電解質にリン酸水溶液を用いる。
動作温度200℃、発電効率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る。

溶融炭酸塩型燃料電池（MCFC）

電解質に溶融炭酸塩を用いる。
動作温度650～700℃、発電効率44～66％。発電効率が高いのが特徴。また動作温度が高いため、排熱の利用にも効果的である。触媒に白金を用いないため、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る。発電所等の大規模用途に適している。現在、中部電力などに商用電源として設置されている。

固体酸化物型燃料電池（SOFC）

電解質にセラミックを用いる。
動作温度700～1000℃、発電効率が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。触媒に白金を使用しないため、低コスト化が可能。動作温度が高いため、排熱の利用にも効果的である。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。
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、といった欠点もある。