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第4回【このごろ話題の発電・電池】

近年急速に、新しいタイプの発電・電池が実用化してきました。
今回は、そういった発電システムの紹介です。

1.燃料電池

水を電気分解すると、水素と酸素が発生する実験を学校でやったことはありませんか。
燃料電池は、電気分解の逆を行い、水素と酸素を反応させることによって、電気を作る方法です。燃料電池の燃料は水素と酸素ですが、電気を取り出すためには電解質が必要になります。この電解質の種類によって、「リン酸形、溶解炭酸塩形、固体酸化物形*1、固体高分子形」の4つに分けられます。
違いは、表1を参照してください。
*1固体電解質型と表記されている文献もある。また、○○形も○○型と表記される場合がある。

発電効率は、40%程度と非常に効率がよく、反応時に熱を発生するため、廃熱を給湯などに利用することによって、総合熱効率を80%以上にすることが可能です。
実際には、水素は取り扱いが不便なため、都市ガスやメタンガス、メタノール、ガソリンなどを改質器を利用して水素を取り出し、電気を発生させます。そのため、水以外の物質も排出されます。
電気自動車用や、家庭向けの燃料電池システムの開発が急ピッチで進んでいるため2005年頃には市販される予定です。

下の図は、火力発電と燃料電池の違いと、固体酸化物形(SOFC)の原理についてです。
出典:電気技術者'01No7(JEEA(社)日本電気技術者協会)

図をクリックすると拡大できます。

表1 燃料電池の種類

項 目 固体高分子形
(PEFC)
りん酸形
(PAFC)
溶融炭酸塩形
(MCFC)
固体酸化物形
(SOFC)
電解質 高分子膜 りん酸 炭酸塩 セラミックス
作動温度 約80℃ 約200℃ 約650℃ 約1000℃
発電効率 30〜40% 35〜40% 50〜60% 55〜65%
燃料 天然ガス(LNG)
LPG(プロパン)
メタノール
ガソリン
天然ガス(LNG)
LPG(プロパン)
メタノール
天然ガス(LNG)
LPG(プロパン)
メタノール
石炭ガス化ガス
天然ガス(LNG)
LPG(プロパン)
メタノール
石炭ガス化ガス
主な用途 自動車
家庭
小型分散電源 分散電源
大規模火力代替電源
分散電源
中規模火力代替電源
開発状況

(2001.07)

システム開発中
(1〜数10kW)
実用化段階
(50〜200kW)
プラント開発中
(1000kW)
システム開発中
(1〜数100kW)