近年、「燃料電池」という言葉をよく聞くようになり、自動車についてもＦＣＶ（燃料電池車）の開発が進められています。

ＦＣＶについては、「ガソリンを使わない自動車」というイメージはあるものの、どのような原理で発電されるのかが分かりにくいものだと思います。

本日は、「燃料電池がどのようなものなのか？」について、簡単にまとめてみたいと思います。




すでにご存じの方もいると思いますが、

燃料電池は「水素」と「酸素」を化学反応させることによって電気が作られる仕組み

のことをいいます。

ここで、燃料電池のイメージがつかみにくいのは、"電池"という言葉が使われているため、乾電池などのように

・使い捨てである
・いずれ無くなるもの

と考えてしまいがちです。


しかし、燃料電池は、「水素」と「酸素」を供給し続ければ発電し続けるものですので、

「発電する仕組み」
「発電装置」

という印象に近いものです。





中学校の理科で"水の電気分解"の実験をしたのを覚えているでしょうか？

水の電気分解の実験は、外部から電気を通すことで

"水が水素(H2)と酸素(O2)に分解される"

ことを確認するものです。


水の電気分解は、水に電気を加えて水素(H2)と酸素(O2)に分解する実験ですが、

燃料電池は、反対に水素(H2)と酸素(O2)から電気を発生させる仕組み

のことです。


まずは、水の電気分解から思い出してみたいと思います。




水の電気分解の実験では、電気が通りやすくなるように電解質として「水酸化ナトリウム（NaOH）」を加えます。

電解質が水酸化ナトリウムの場合、陰極では、



のように反応が起こり、「水素」が発生します。


同様に、陽極では、水酸化物イオンから「酸素」が発生します。



この陽極と陰極の反応を合わせた化学式が



のようになり、水から水素と酸素をとりだすことができる実験が「水の電気分解」でした。



これに対して、燃料電池は、



というように"水の電気分解とは逆の反応"で電気が発生します。


「なぜ電気が発生するのか？」が分かりにくいと思いますが、

反応時に電子が回路を通る ⇒ 電流が流れる ⇒ 電気が発生する

ということで理解できると思います。





実際の燃料電池では、燃料極（陰極）と空気極（陽極）、電解質などがサンドイッチ状に重なったものが使用されています。

このサンドイッチ状の燃料電池本体は、「燃料電池スタック」と呼ばれるもので、

・水素タンク
・バッテリー
・モーター

とともに、燃料電池自動車の心臓部ともいえるものです。


先ほどの反応式を見て分かるように、タンク内の水素と酸素を結合させて電気を生み出す仕組みですので、排気ガスの代わりに出るのは「水だけ」です。




このように見てみると、自然界に存在する「水素」と「酸素」だけを利用して電気が発生するので、夢のような発電システムに感じるかもしれません。

しかし、水素を人工的に製造することができず、現状では、天然ガスや石油から取り出すしかないという問題もあります。


水素を効率的、かつ環境負荷の少ない方法で製造することが燃料電池の課題ということもできそうです。






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日本ガス協会 [燃料電池の発電原理]
http://www.gas.or.jp/fuelcell/contents/01_1.html

JHFC [燃料電池自動車のしくみ]
http://www.jari.or.jp/jhfc/beginner/about_fcv/index.html

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