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燃料電池自動車の開発と材料・部品    
Materials and Components of Fuel Cell Vehicles
[コードNo.2016T993]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 宮田清藏
■体裁/ B5判 297ページ
■発行/ 2016年 2月10日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 75,600円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1140-1

 
★次々と各自動車メーカーから販売される燃料電池自動車!
★触媒・電解質膜・ガス拡散層など、燃料電池を構成する材料・部品を詳述!
★燃料電池自動車に不可欠な駆動システム、高圧容器、軽量化素材なども解説!
★環境負荷をかけない水素エネルギーシステムを展望する!

キーワード

FCV / ZEV / 水素ステーション / 水素・燃料電池戦略 / MIRAI / 水素社会 / 新「エネルギー基本計画」 / 再生可能エネルギー / 電気化学的ORR / 燃料電池触媒 / フッ素系電解質膜 / 膜電極接合体 / ゾル・ゲル法 / 無機系プロトン伝導膜 / イオン液体 / 駆動システム / パワーエレクトロニクス / 高圧ガス容器 / 金属セパレータ / CCM / PEFC / 超臨界ナノプレイティング / エネルギーストレージ / CFRP / 石油精製と水素 / 褐炭 / スマートコミュニティ / パワー・トゥ・ガス / 水素貯蔵システム / 水素脆性 / 圧力スイング吸着 / エネファーム

刊行にあたって

自動車業界は、自動車から排出されるCO2をいかに減らせるかの競争にしのぎを削ってきた。燃費向上のための軽量化、ハイブリッド車、電気自動車など電動化によるエネルギー効率向上などである。そして今では燃料電池自動車(FCV)がCO2排出ゼロのエコカーとして多くの期待を担っている。今後はFCVに使われる水素も環境負荷のないシステムで作られることが求められている。21世紀は石油代替燃料への転換が進み、水素は多様な一次エネルギーから製造が可能な二次エネルギーとして期待され、将来は水素社会への転換が予想されている。

本書はFCVおよびFCの発展を支える材料や部品に着目し、開発動向や技術課題を各分野の第一線でご活躍中の方々にご執筆いただいた。更に水素ステーションや水素製造・貯蔵に関わる材料や部品についても解説いただいた。

燃料電池および水素エネルギーに興味をお持ちの方々に本書をお勧めします。

著者一覧

宮田清藏電気通信大学
小川幸裕(株)野村総合研究所
草川紀久高分子環境情報研究所
佐藤正人ゼネラルモーターズ(GM)
Gyu-Wan, ImCMC International KOREA
岩澤康裕電気通信大学
鈴木健之日本ゴア(株)
野上正行(公財)豊田理化学研究所
相馬憲一長岡技術科学大学
堤泰行エフシー開発(株);茨城大学
臼井博明東京農工大学
坂本俊之東海大学
内藤治夫岐阜大学
高野俊夫JFEコンテイナー(株)
西村伸九州大学
東條千太サムテック(株)
荒島裕信(株)日本製鋼所
伊藤秀明(株)日本製鋼所
影山裕史金沢工業大学
柏木孝夫東京工業大学
橘川武郎東京理科大学
八隅定夫岩谷産業(株)
内田正之東洋エンジニアリング(株)
松本俊一川崎重工業(株)
藤本和之(株)エア・ウォーター総合開発研究所
山崎明良三菱化工機(株)
竹口竜弥岩手大学
伊藤直次宇都宮大学
秋葉悦男九州大学
山辺純一郎九州大学
松永久生九州大学
松岡三郎九州大学

目 次

【総論編】
第1章燃料電池自動車の開発と材料・部品の進歩 (宮田清藏)
1はじめに
2燃料自動車とは
2.1燃料電池の種類と発電メカニズム
3固体高分子形燃料電池
3.1アノード触媒
3.2電解質
3.3カソード触媒
3.4MEA
3.5ロールによるMEA
3.6新しい触媒
4NEDOの成果発表会
4.1山梨大学グループの研究成果発表
4.2同志社大学グループの研究成果発表
4.3東工大グループの研究成果発表
4.4横浜国大グループの研究成果発表
4.5技術研究組合FC-Cubic長谷川博士の研究成果発表
第2章燃料電池自動車市場の将来展望  (小川幸裕)
1燃料電池自動車の実用化の現状
2燃料電池自動車の市場予測
3燃料電池自動車・水素ステーションの普及目標
4トヨタ自動車による特許公開のインパクト
5結語
第3章燃料電池の研究開発状況と自動車への応用  (草川紀久)
1燃料電池自動車の市販開始と[水素社会]の幕開け
2燃料電池注目の背景 〜地球環境問題・エネルギー問題と自動車業界の大きな環境変化〜
3政府の「次世代自動車戦略2010」と「エネルギー基本計画」(2010年)
42014年4月11日に閣議決定された新「エネルギー基本計画」
4.1考えられているエネルギー源
4.1.1非化石エネルギー
4.1.2化石燃料
4.1.3水素エネルギー
4.2 今後のエネルギー源のベストミックスのあり方
4.3次世代自動車等の環境性能に特に優れた自動車の普及
5政府の「水素・燃料電池戦略ロードマップ」(2014年6月)
5.1わが国の置かれている状況
5.2水素の果たし得る役割
6燃料電池の特徴と動作原理
6.1燃料電池の特徴
6.2燃料電池の動作原理
6.3燃料としての水素
7主な燃料電池の開発現況と用途
7.1固体高分子形燃料電池(PEFC)
7.2固体酸化物形燃料電池(SOFC)
8燃料電池自動車とは
9燃料電池自動車の主要部品
9.1燃料電池システム
9.2FCスタックと昇圧コンバーター
9.3高圧水素タンク
10燃料電池自動車の世界の技術開発競争
11わが国の燃料電池自動車の市場投入に向けた取り組み
12燃料電池(FC)と燃料電池自動車
12.1PEFCの実用化・普及に向けての課題
13まとめ
第4章GMの燃料電池自動車   (佐藤正人)
1はじめに
2水素燃料電池自動車について
2.1パワートレーンとしての位置づけ
3これまでのGMの水素燃料電池車の取り組み
3.1水素燃料電池自動車の意義
4商用化に向けての挑戦
4.1死の谷Valley of death
4.2ホンダとの共同開発
4.3サプライヤーへの期待
5最後に
第5章韓国における燃料電池自動車の開発状況   (Gyu-Wan、Im)
【燃料電池と材料・部品編】
第6章燃料電池触媒のメカニズム解明    (岩澤康裕)
1はじめに
2実走行下の燃料電池Pt/Cカソード触媒の反応機構
3Pt/Cカソード触媒のPtナノ粒子表面の電位依存変化
4PEFC Pt/Cカソード触媒の電位変化過程の構造速度論とORR活性因子
5おわりに
第7章フッ素系プロトン伝導膜(電解質膜)  (鈴木健之)
1はじめに
1.1燃料電池自動車とスタックの課題
1.2電解質膜に求められる特性と課題
2フッ素系電解質膜の構造・特性・課題
2.1イオンクラスター構造とプロトン伝導度
2.2膨潤性と物理的耐久性
2.3化学構造と化学耐久性
2.4電解質膜構造とガス透過性
3トレードオフ解消への取り組み―Goreにおける開発状況―
3.1含水率管理による出力と物理的耐久性の向上
3.2出力と物理耐久性の確保
3.3出力と化学耐久の確保
3.4出力とガス透過のトレードオフ解消
4おわりに
第8章無機系プロトン伝導膜  (野上正行)
1はじめに
2電解質を作製するためのゾル・ゲル法
3細孔特性とプロトン伝導
4イオン液体を媒体にしたプロトン伝導体
5まとめ
第9章燃料電池自動車の開発と材料 ―金属セパレータ―  (相馬憲一)
1はじめに
2本研究の背景と目的
3Niを含まないフェライト系ステンレスの窒素中熱処理
3.1耐食性評価
3.2導電性評価
3.3表面硬度評価
3.4格子構造評価
4窒素中熱処理による耐食性発現のメカニズム
4.1表面元素分析(蛍光X線、XPS)
4.2断面観察(SEM)
5JARIセルによる連続発電試験
6まとめ
第10章MEA(膜電極接合体)  (堤泰行)
1MEAの定義と種類
2CCM(Catalyst Coated Membrane)vs. GDE(Gas Diffusion Electrode)
3三相界面の概念
4MEA作成プロセス
第11章新規めっき法による腐食耐性の改善  (臼井博明/宮田清藏)
1はじめに
2超臨界二酸化炭素を用いためっき法(SNP法)
2.1SNP法の概念と方法
2.2SNP法による高品質皮膜形成
3フォーム状電解質を用いためっき法
3.1フォームめっきの概念と方法
3.2フォームめっきによるピンホール除去および耐腐食性改善
3.3フォームめっきによる結晶成長の制御
4おわりに
【燃料電池自動車と材料・部品編】
第12章FCV用駆動システムとFCスタックシステム制御技術  (坂本俊之)
1FCV用駆動システムとFCスタックシステム制御技術
第13章FCVドライブ用パワーエレクトロニクス技術  (内藤治夫)
1はじめに
2電力変換
3電力変換の基本:スイッチング
4チョッパ
4.1降圧チョッパ:抵抗負荷
4.2降圧チョッパ:誘導性負荷
4.3チョッパの出力電圧制御:PWM制御
4.4昇圧チョッパ
4.5FCV用PAM制御昇圧チョッパ
4.62/4象限チョッパ
5インバータ
5.1回路構成と動作の基本
5.2過変調PWM制御と1パルスモード
第14章高圧ガス容器の種類  (高野俊夫)
1はじめに
2水素の供給プロセス
3各種の高圧水素容器
3.1各種の高圧ガス容器の要求仕様
3.2FCV搭載用の高圧ガス複合容器の構造・構成材料
3.3水素ステーション用の高圧ガス容器の構造・構成材料
4各種の高圧容器の製造プロセス
4.1FCV搭載用Type 3およびType 4容器の構造及び製造プロセス
4.2水素ステーション用Type 1およびType 2容器の構造及び製造プロセス
第15章FCV搭載用および水素ステーション用の高圧容器の要求仕様  (高野俊夫)
1はじめに
2FCV搭載用Type 3およびType 4CFPP複合容器への要求仕様
2.1FCVの燃料システム
2.2各種の試験項目とその目的・概念
2.370MPa圧縮水素自動車燃料装置用容器の技術基準(KHK S0128)
3FCV搭載用Type 3及びType 4CFRP複合容器の設計上の留意点
3.1CFRP層の設計
3.2Type 3 ライナ用アルミニュウム合金(A6061-T6)
3.3Type 4 ライナ用プラスティックの性能と課題
4本格普及に向けて水素ステーションの低コスト化へのNEDOの取組
4.1ガイドライン案の策定
4.2技術開発への取組
4.3Type 4複合容器の開発
4.4アルミ合金ライナType 3複合容器の開発
4.5スチールライナ複合容器(Type 2容器)の開発
5海外の技術基準の動向
6まとめ
第16章高圧水素ガスシール用ゴム材料  (西村伸)
1緒言
2ゴム材料の高圧水素曝露時の挙動
3ブリスタ破壊と水素侵入量および材料強度との関係
4高圧水素加減圧によるOリングの耐久性評価
5結言
第17章CFRP複合容器   (東條千太)
1はじめに
2タイプ3複合容器の安全性
2.1容器の破裂を未然に防ぐ
2.2水素ガスを外に漏らさない
3タイプ3複合容器の製造方法
3.1ライナー製造
3.1.1スピニング加工
3.1.2熱処理
3.1.3ねじ切り加工
3.2容器製造
3.2.1ワインディング
3.2.2樹脂硬化
3.2.3自緊処理
4水素ステーションコストの低減に向けて
4.1ステーション関連
4.1.1CFRP蓄圧器による基礎工事および保持部材の簡素化
4.1.2CFRP蓄圧器による設置スペースの低減
4.1.3CFRP蓄圧器を用いてのモジュール化による設計費および現地工事費の低減
4.2蓄圧器関連
4.2.1高強度アルミライナーによるCFRP材料の削減
5水素社会におけるCFRP複合容器の可能性
第18章水素ステーション用高圧鋼製蓄圧器  (荒島裕信)
1はじめに
2鋼製水素蓄圧器に用いる素材
2.1使用可能な高強度低合金鋼
2.2高強度低合金鋼の安全性評価
3鋼製水素蓄圧器の設計
4製造および保安検査における安全性の確保
5ストレート型鋼製蓄圧器の特徴
6おわりに
第19章水素吸蔵合金を用いたタンク  (伊藤秀明)
1はじめに
2燃料電池自動車用水素吸蔵合金タンク
3燃料電池潜水艇
4燃料電池小型移動体
5その他の水素貯蔵タンク
6おわりに
第20章自動車におけるCFRPの現状と動向  (影山裕史)
1CFRPへの期待
1.1エコカーへの取り組み
1.2エコカーと軽量化
1.3軽量材料CFRPの特徴と期待
2自動車用CFRPの現状
3自動車用CFRPの今後
3.1CFの需要と供給
3.2技術開発
3.2.1熱硬化性CFRP
3.2.2熱可塑性CFRP
3.3ポピュラー化
3.3.1リサイクル
3.3.2カーボンニュートラル(植物由来材料化)
3.3.3CFRPならではの設計
4まとめ
【水素エネルギーシステム編】
第21章スマートコミュニティの創造と水素社会の実現  (柏木孝夫)
1ベストミックスの実現とスマートコミュニティ
26つの改革
3分散型エネルギーと自動車の電化
4水素社会の実現
第22章水素活用社会の展望  (橘川武郎)
1水素活用への高い位置づけ
2水素活用の意義と課題
3欧州で盛んな「パワー・トゥ・ガス」とは何か
4エネルギー構造全体を変えるポテンシャル
第23章水素ステーション  (八隅定夫)
1岩谷の水素に関する取組の歴史
2日本における水素需要
3岩谷の液水への取り組み
4我が国の水素ステーション整備計画
5岩谷の水素ステーションへの取り組み状況
6今後の課題
第24章石油精製と水素 (内田正之)
1はじめに
2製油所の装置構成
3製油所からの水素製造
3.1接触改質装置
3.2水素製造装置
4製油所の水素製造余力
5オフガス水素の回収
6製油所における水素の貯蔵
7国内製油所がエネルギー水素供給に貢献する可能性
第25章褐炭からのCO2フリー水素サプライチェーン (松本俊一)
1はじめに
2水素チェーンの概念
3商用規模水素チェーンの実現可能性検討
4商用チェーンの水素コスト試算
5水素インフラ設備の開発
第26章PSA法 (藤本和之)
1水素PSAの歴史
2吸着分離プロセスの特徴
2.1吸着を利用した気体分離方法の比較
2.2PSAに用いられる吸着剤の種類と性質
2.3吸着剤の選定
2.4PSA装置の構成
3水素PSA装置の概要
3.1主な水素源
3.2代表的な水素精製方法
3.3水素PSAの運転パターン
4当社の水素PSA紹介
4.1納入実績
4.2特徴
4.2.1吸着剤
4.2.2運転プロセス
4.2.3運転レート
4.3装置性能
5おわりに
第27章水素製造技術と水素ステーションへの展開  (山崎明良)
1はじめに
2スチームリフォーミングについて
3小型水素製造装置の開発
4水素ステーション用水素製造装置(HyGeia-A)の開発
5下水バイオガス利用水素ステーションの実証
6あとがき
第28章高濃度CO耐性アノード触媒  (竹口竜弥)
1燃料電池システムとCO2の排出削減効果
2現在の都市ガス改質系
3次世代の高濃度CO耐性アノード触媒に求められる性能
4COの電気化学酸化除去
5リガンド効果について
6リガンド効果と電気化学の組み合わせ
7PtとRuの分散性の制御と触媒反応設計
8おわりに
第29章純水素製造用水素透過膜  (伊藤直次)
1はじめに
2水素分離膜素材
3パラジウム系膜
3.1合金組成と水素透過性
3.2水素透過機構と速度式
4複合膜化
4.1作製方法
4.2水素透過速度
5高純度水素製造用の膜改質反応器
5.1実用化レベルの膜反応器
5.2膜反応器の優位性
6おわりに
第30章水素貯蔵材料開発動向 (秋葉悦男)
1はじめに
2水素貯蔵技術の物質の三態による分類
3気体による水素貯蔵輸送
4液体による水素貯蔵
5水素貯蔵材料による水素貯蔵輸送
6水素貯蔵材料を用いた水素の車上搭載
7燃料電池自動車用水素貯蔵材料の開発の現状
8結び
第31章鉄鋼材料の水素脆化と高圧水素機器の強度設計法  (山辺純一郎/松永久生/松岡三郎)
1はじめに
2引張特性に及ぼす水素の影響
3疲労き裂進展特性に及ぼす水素の影響
4水素助長疲労き裂継続前進機構
5高圧水素機器に使用可能な鋼種の変遷
6水素の影響のある材料の強度設計法
7高圧水素機器に関する海外規格



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