水素燃料電池技術

水素燃料電池は、水素と酸素の化学エネルギーを継続的に電気エネルギーへ変換するエネルギー変換装置です。水素燃料電池は内燃機関より高い効率で動作し、60%以上の電気変換効率を示し、排出物も少なくなります。発電過程で生じるのは水だけであり、運転中に二酸化炭素や大気汚染物質を排出しません。

水素燃料電池は、アノード、電解質、カソードという隣接する3つの部分から構成されます。水素がアノードで酸化反応を起こすと、電解質を通ってカソードへ移動する陽イオンと、外部回路を流れる自由電子が生じます。反対にカソードでは還元反応が起こり、酸素が陽イオンと電子によって水に還元されます。

使用する電解質の種類により、燃料電池はアルカリ形（AFC）、固体高分子形（PEMFC）、リン酸形（PAFC）、溶融炭酸塩形（MCFC）、固体酸化物形（SOFC）に分類されます。分類と特性を次の表に示します。

種類	AFC	PEMFC	PAFC	MCFC	SOFC
電解質	KOH	パーフルオロスルホン酸イオン交換膜	H3PO4	Li2CO3-K2CO3	Y2O3-ZrO2
触媒	白金／ルテニウム	白金／ルテニウム	白金	酸化ニッケル	ニッケル
運転温度	65–220 °C	−40–90 °C	150–200 °C	650–700 °C	600–1000 °C
理論電圧	1.18 V	1.18 V	1 V	1.116 V	1.13 V
システム効率	60%–70%	43%–68%	40%–55%	55%–65%	55%–65%