第１編 固体高分子型燃料電池(PEFC)の開発と応用
第１講 PEFCの特性と応用展開
神谷 信行 横浜国立大学 工学部 物質工学科 助教授
1. 燃料電池の原理
1.1. 燃料電池の種類と特徴
2. PEFC（固体高分子型燃料電池）の基礎特性
2.1. 特徴
2.1.1. 電解質
2.1.2. 発電効率
2.1.3. 排熱利用
2.1.4. 用途
2.2. 燃料電池の構造
2.2.1. 燃料電池の構成
2.2.2. 電極の工夫
2.3. 燃料電池発電の熱力学
2.4. エネルギー変換効率
2.5. 燃料電池の問題点
2.6. 電極反応速度
2.7. 電極触媒
2.8. 燃料電池によるエネルギー変換
2.8.1. 平衡論、電流を取り出さない場合
2.8.2. 速度論、電流を取り出すとき
2.9. 改質反応
2.10. 燃料改質
2.11. COによる被毒
2.12. 被毒の対策
2.13. 燃料の反応
3. PEFC（固体高分子型燃料電池）の技術課題とその対応
3.1. 技術課題
3.2. 実用課題
第２講 PEFCにおける構成材料の開発動向
安田 和明 通商産業省 工業技術院 大阪技術研究所
エネルギー・環境材料部 水素エネルギー研究室 主任研究官
1. はじめに
2. PEFC（固体高分子型燃料電池）
2.1. パーフルオロスルホン酸系イオン交換膜
2.2. 低コスト代替膜
2.3. 高温作動膜
2.4. 膜の水分管理
3. 電極材料
3.1. 電極触媒
3.2. 電極構造
4. セパレーター
5. 直接メタノール型燃料電池材料
6. まとめ
第３講 小型ポータブルPEFCの開発とその応用
安達 淳治 松下電工(株) FCGプロジェクト事業企画グループ 課長
1. 燃料電池
1.1. 各種燃料電池
1.2. 燃料電池の発電原理
1.3. 燃料電池とその他の発電方式
1.4. 燃料電池の応用展開
2. ポータブルPEFC
2.1. PEFCの利点
2.2. 各社のポータブル燃料電池発電機
3. 燃料改質
3.1. 水素の入手・生成法
3.2. 水素生成
3.3. 燃料電池発電機
3.4. ブタン改質
3.5. 改質方式の比較
3.6. 改質・シフト反応後のガス組成
3.7. 選択酸化反応後のガス組成
3.8. 水蒸気改質プロセス
4. 燃料電池発電機
4.1. ポータブル燃料電池発電機の構成
4.2. カセットボンベ式ポータブル燃料電池発電機
4.3. 低排気ガス・低騒音
4.4. カセットボンベ式燃料電池発電機の特長
5. エネルギー問題
5.1. 日本におけるエネルギー消費の現状とCO2削減
5.2. 電力、給湯のエネルギー消費例
5.3. 燃料電池導入による家庭でのエネルギー削減効果
5.4. 家庭用コージェネレーションシステム
第４講 EV用次世代PEFC膜の研究開発について
有村 智朗 日産自動車(株) 総合研究所 材料研究所
1. PEFC用膜研究の意義
2. 次世代燃料電池用イオン伝導膜の要求特性
2.1. イオン伝導性の向上
2.2. 価格の向上
2.3. 耐熱性の向上
2.4. 燃料バリアー性
2.5. 寸法安定性
2.6. 強度の向上
2.7. 電極との親和性
2.8. 電気化学的な安定性
3. PEFC膜改良実験
3.1. Nafionを用いた固体高分子電解質における発明の要点
3.2. オートクレーブ稼働時の温度と圧力との関係
3.3. 再生H型Nafion膜の調製方法
3.4. イオン伝導膜のイオン伝導度測定系
3.5. Nafion117膜の再生
3.6. ナフタレンスルホン酸誘導体分散型再生Nafion膜の電気伝導度
3.7. ナフタレンスルホン酸誘導体型膜におけるクラスターモデル
3.8. 低疎水性スルホン酸誘導体型再生Nafion膜のイオン伝導度
3.9. 高分子イオン伝導性樹脂のブレンド
3.10. リキャストNafionの電子顕微鏡観察
3.11. 無機微粒子の特性
3.12. シリカゲル粒子の走査型電子顕微鏡写真
3.13. 吸湿剤添加型再生Nafion膜の電気伝導度
3.14. モレキュラーシーブスの走査型電子顕微鏡写真
3.15. イオン伝導性向上におけるモレキュラーシーブスの添加効果
3.16. クラウンエーテルの添加効果
3.17. イオン伝導樹脂の添加効果
3.18. 集電体の触媒層付近に添加した場合
3.19. 電子伝導物の添加効果について
3.20. 蛍光を使用したNafion溶液
3.21. エンジニアリングプラスチックのスルホン化
3.22. ダイレクトメタノール型燃料電池用イオン交換膜の研究方針
3.23. メタノールバリア性における高疎水性基の役割
第５講 移動体用PEFCおよびPCEVの開発動向と今後の市場展望
本間 卓也 燃料電池開発情報センター 常任理事・筑波大学 名誉教授
1. はじめに
2. 燃料電池の現状
3. 燃料電池開発の経緯
4. 燃料電池の自動車への応用
5. 各種燃料電池の概要
5.1. AFC
5.2. PAFC
5.3. MCFC
5.4. SOFC
5.5. PEFC
5.6. 競合システムとの発電端効率および出力規模の比較
5.7. 燃料電池全体の分布
6. 燃料電池自動車の開発動向と概要
6.1. 固体高分子型自動車
6.2. 水素燃料電池自動車
6.3. メタノール改質燃料電池自動車
6.4. 燃料電池におけるコスト
6.5. 燃料電池の起動時問
7. 実用化に向けての問題点
7.1. PEFCの高出力密度化による小型軽量化の実現
7.2. 起動時間の短縮
7.3. 高い信頼性と適当な耐久性
7.4. コストの低減。
7.5. 燃料の選択の問題
7.5.1. 純水素
7.5.2. ガソリン
7.5.3. メタノール
7.6. 自動車の大きさ
7.6.1. 路線バス
7.6.2. 特殊用途車
7.6.3. 普通自動車
7.7. 車載可能なコンパクトな改質器の開発
7.8. 実用化のための実証期間と普及時期
7.9. 自動車会社による世界連合の形成と開発戦略
8. おわりに
第２編 PEFC(高分子型燃料電池)の構成材料・要素技術と
実用化への展望
第１講 移動用,小型電源用燃料電池(PEFC)の基礎
渡辺 政廣 山梨大学 工学部 物質生命工学科 教授
1. はじめに
2. PEM
3. 電極
4. セパレーター
5. PEFC用改質燃料ガス中のCOの選択酸化除去
第２講 PEFCスタックの開発
小上 泰司 (株)東芝 電力システム社 電力・産業システム技術開発センター
新発電システム技術担当 主務
1. はじめに
1.1. 燃料電池開発の歴史とPEFCブレイクの背景
2. PEFC（固体高分子型燃料電池）スタックの開発課題と現状技術
2.1. PEFCスタックの構成
2.2. PEFCスタックの特性
2.3. PEFCの仕様
2.3.1. 自動車用
2.3.2. 定置用
2.3.3. 特性から見た仕様の違い
2.4. PEFCスタックの開発課題と現状技術
2.4.1. コンパクト・軽量化
2.4.2. スタック製作コスト削減
2.4.3. 電池特性バラツキ低減
2.4.4. 電池特性の安定化
2.4.5. 起動特性の向上
2.4.6. 耐震動性向上
3. PEFC（固体高分子型燃料電地）スタック開発例
3.1. メーカー別開発スタック
3.2. 燃料電池自動車開発状況
4. (株)東芝でのスタック開発状況
4.1. 自己加湿スタックの開発状況
4.2. 定置用スタック
5. まとめ
第３講 燃料改質技術
田畑 健 大阪ガス(株) 開発研究部
燃料電池コージェネレーションプロジェクト 副課長
1. はじめに
2. PAFC用改質プロセスの概要とPEFCへの適用
2.1. 水蒸気改質プロセスの概要
2.1.1. PAFCとPEFCの改質系の違い
2.1.2. 一般向け水素リフォーマーフロー
2.1.3. 脱硫プロセスの概要
2.1.4. 水蒸気改質プロセス
2.1.5. CO変成（シフト）プロセス
2.1.6. リフォーマーの比較
2.2. PAFC改質プロセスの概要
2.2.1. PAFC改質システムの課題
2.2.2. カーボン析出
2.3. 0G式燃料電池用改質プロセス
2.3.1. 大阪ガス式水蒸気改質技術
2.3.2. イオウ被覆率と活性
2.3.3. 大阪ガス式燃料電池用リフォーマー
2.4. PEFCへの適用上の課題
2.4.1. PEFC適用で生じる問題
2.4.2. 部分酸化反応の特徴と課題
2.4.3. その他の炭化水素の改質
3. メタノール改質プロセス
3.1. メタノール水蒸気改質
3.2. メタノール部分酸化と水蒸気改質の組み合わせ
3.3. PEFC用メタノール改質触蝶の課題
4. CO除去技術と触媒開発
4.1. 各種CO除去技術の概要
4.1.1. CO除去技術の比較
4.1.2. 水素選択透過膜を用いた改質技術
4.1.3. 水素選択透過膜のPEFCへの適用
4.1.4. 高分子膜によるCO除去
4.2. CO選択酸化触媒の開発状況
4.2.1. CO選択酸化触媒の原理
4.2.2. Ru触媒上でのCO選択酸化
4.2.3. 選択酸化触媒の課題
5. 今後の展望
5.1. 用途別PEFC用改質システムの現状
第４講 PEFCとコージェネレーションシステムの構築
伊東 弘一 大阪府立大学 工学部 エネルギー機械工学科 教授
1.はじめに
2.日本のエネルギーフロー（1975年）
3.日本のエネルギーフロー（1994年）
4.電力需要の見通し
5.発電設備容量
6.電気事業における新・省エネルギー技術
7.古代ローマ帝国公共大浴場での熱エネルギー有効活用
8.日本のコージェネレーション発電設備容量
9.ヨーロッパ各国における総発電電力量に占めるコージェネレーションのシェア
10.単位発電量当たりのCO2発生量の比較
11.EUにおける項目別CO2削減目標値
12.2010年におけるCO2排出削減可能性
13.コージェネレーションの主要機種
14.各種機器の規模別発電効率
15.話題のPEFC
16.コージェネレーションにおけるPEM型燃料電池の位置づけ
17.設計計画に対する影響因子
18.これからの課題
第５講 小型燃料電池の開発状況
三宅 泰夫 三洋電機(株) 研究開発本部 エコシステム研究所
燃料電池研究部 部長
1. 小型燃料電池電源開発の背景
2. 燃料電池の原理および特徴
3. 家庭用燃料電池電源のシステム形態
3.1. 家庭用燃料電池に求められる要件
3.2. 家庭用燃料電池の経済的評価
4. 日本および海外における開発動向
5. 三洋電機(株)における開発状況
5.1. 1kW級可搬型燃料電池
5.2. 開発課題
5.3. NEDO計画における家庭用電池の開発
6. 今後の課題
第６講 燃料電池の市場浸透シナリオ
山本 寛 静岡理工科大学 非常勤講師
1. はじめに
1.1. 燃料電池に関心を持ったいきさつ
1.2. 燃料電池と常温核融合の関係
1.3. 究極の姿を念頭においた技術展望
1.4. 筆者の情報源の特徴
2. 燃料電池実用化時期についての諸説
2.1. 燃料電池実用化時期の予想経過
2.2. 最近になってややトーンダウンと伝えられている
3. 燃料電池実用化の推進力
3.1. 燃料電池は国家の盛衰をかけた戦いである
3.1.1. 米国
3.1.2. カナダ
3.1.3. 米国民族派の巻き返し
3.2. 地球温暖化防止条約を遵守するための国家のメンツをかけ戦いである
3.3. 燃料電池の覇権をめぐる企業グループ間競争
3.4. 燃料電池の覇権をめぐる企業グループ内競争
3.5. 第二のインテル社になるチャンス
4. 燃料電池実用化のための条件とその進展状況
4.1. 自動車用水素製造原料
4.2. 水素製造コスト
4.3. 水素貯蔵技術
4.4. 水素供給ステーション
4.5. 水素の安全性
4.6. 燃料電池のコスト
5. 燃料電池が社会にもたらす利益
5.1. コージェネレーションの普及
6. 次世代燃料電池の予感
7. 燃料電池市場浸透のシナリオ
8. おわりに
第７講 燃料電池の展望
本間 卓也 燃料電池開発情報センター 常任理事・筑波大学 名誉教授
1. はじめに
2. 燃料電池の現状
3. 1998年FCセミナー
4. 燃料電池開発の経緯
4.1. PEFC
4.2. AFC
4.3. PAFC
4.4. MCFC
4.5. SOFC
5. 燃料電池の開発動向
6. 燃料電池自動車の実用化における問題点
6.1. 小型軽量化
6.2. 起動時間
6.3. 応答時間
6.4. 高い信頼性と適当な耐久性
6.5. コスト
6.6. 燃料の選択
6.6.1. 純水素
6.6.2. ガソリン
6.6.3. メタノール
7. 燃料電池自動車の開発
7.1. 燃料電池自動車の開発の概要
7.2. 水素燃料電池自動車
7.3. 液体水素燃料電池自動車
8. 日本における燃料電池自動車の開発
9. 主要各社燃料電池自動車の比較
10. 家庭用燃料電池の開発
11. おわりに
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