化学

5分でわかる「燃料電池」仕組みや種類をエネルギー工学専攻ライターがわかりやすく解説

よぉ、桜木建二だ。今回は「燃料電池」について解説していくぞ。

「燃料電池」は水素と酸素を反応させることによって、電気エネルギーを作り出す装置だ。電気エネルギーを作り出すとき、燃料電池は水のみを排出する。つまり、燃料電池は動作中に、温室効果ガスや大気汚染物質を排出しないということだ。このような理由から、燃料電池は未来のエネルギー源として期待されているぞ。ぜひ、この記事を読んで「燃料電池」について理解を深めてくれ。

エネルギー工学、環境工学を専攻している理系学生ライターの通りすがりのぺんぎん船長と一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

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ライター/通りすがりのペンギン船長

現役理系大学生。エネルギー工学、環境工学を専攻している。これらの学問への興味は人一倍強い。中学時代に、DIYで太陽光発電装置を製作するために、独学で電気工事士第二種という資格を取得してしまうほど熱い思いがある。

燃料電池とは?

image by PIXTA / 54650314

燃料電池は、水素酸素を主な燃料として、電気エネルギーを取り出す装置です。最大の特徴は、運転時に温室効果ガスや大気汚染物質を排出しないということですよ。他にも、エネルギー変換効率が高いことや可動部分がほとんどないので騒音を出さないことなどが、メリットであると言えます。

検討すべきも残されていますが、都市ガスを利用した家庭用燃料電池などの一部分野では実用化が始まっていますよ燃料電池を搭載した自動車やバスも試験的に製造されていますよね。この記事では、燃料電池の仕組み燃料電池の種類について解説していきます。また、燃料電池をより便利に使うために検討すべき課題は、どようなものであるのかを考えてみましょう。

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燃料電池は、運転中に温室効果ガスや大気汚染物質を排出しないぞ。

燃料電池の仕組み

燃料電池の仕組み

image by Study-Z編集部

水素を燃焼(酸化)させると、熱エネルギーを放出し、水が生じます。このとき、熱エネルギーではなく、電気エネルギーが放出されるように工夫した装置が燃料電池です。つまり、燃料電池は、水素と酸素が結合するときに放出されるエネルギーを電気エネルギーとして取り出しているのですね。水の電気分解の逆の反応であるとも言えます。

では、どのような工夫で電気エネルギーを取り出しているのでしょうか。まず、水素燃料極(マイナス極)へ供給します。このとき、燃料極では水素がイオン化され、水素イオン電子に分解されるのです。そのあと、電子は電球などの負荷を通り、空気極(プラス極)へたどり着きます。一方、水素イオンは電解質を経由して、空気極へ至りますよ。そして、水素イオン、酸素、電子が空気極で結合し、水が生成されます

このように、水素と酸素を同じ場所で一度に反応させるのではなく、電解質で区切られた別の場所で段階的に反応させて、電気エネルギーを取り出しているのです

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燃料電池の反応は、意外にも単純だ。

燃料電池の種類

ここでは、実用化されている、もしくは実用化に向けて積極的に研究開発が進められている4種類の燃料電池を紹介していきます。各種燃料電池の特性や用途に注目してみましょう!

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