燃料電池ってご存じですか

真ん中にはプ□トン（H＋）を水素極から空気極（または酸素極〕へ移動させるための50μm程度のフィルム状イオン交換膜がある。この膜が電解質で、リン酸を使ったものはリン酸型燃料電池と呼ぶ。この膜の両側には触媒層が付いている。水素極には白金、白金・ルテニウム触媒が、一方の空気極には白金触媒が使われている。ただし、実際はこれだけではなく、ほかの成分は企業秘密。そして、触媒はカーボン粉末に何個もくっ付いた状態で存在する。

さらに、イオン交換膜と同じポリマーがバインダーポリマーとして触媒とカーボンを覆っている、役目はプロトンを触媒にしっかりと接触させるためである。その両側には集電体があり、これまでのものを1つにしたのが膜・電極接合体（ＭＥＡ）と呼ばれるもので、まさに燃料電� �の心臓部的パーツ。

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そして一番外側に溝のあるセパレーターがあり、MEAとセパレーターの間を水素あるいは酸素が通る。これらすべてを1つにしたのがセル。このセルを何十、何百枚も直列につないだのがスタック。セル１枚で約０．７Vの電位差が得られるので、セルを300枚重ねると210Vの電圧が得られる。
自動車のモーターを回したり、家庭で使うにはインバーターで直流を交流に変換する必要がある。では、燃料電池の中ではどのような化学反応が起こっているのか。燃料の水素ガス（Ｈ２）が送られてきて水素極の触媒と反応すると電子が飛び出しＨ+となる。このプロトンが膜の中を通り抜けて反対側の空気極に向かう。空気極では、送られてきた空気中の酸素が触媒のカでＨ+と 仕事を終えて戻ってきたｅ-と反応して水になる。一連の作動温度は８０〜９０℃で行われる。

反応により、空気極側には水がどんどん生成されるので排水しないと、水が触媒を覆って酸素と接触できなくなってしまう。

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しかし、ここでちょっと厄介なのはＰＥＦＣではイオン伝導物質が水のため、イオン交換膜は水がないと働かない。乾燥させてはいけないのだ。そのため、水素極では水素ガスを加湿した状態で供給している。適切な水分管理が重要なのだ。水はそのまま水蒸気として大気に捨ててもいいが、空気や水素方スの加湿に使ったり、天然ガス、メタノールを燃料に使った場台の改質用に再利用する。

ここで改質という言葉が出てきたので説明しよう。燃料には水素を使うが、現在インフラ面で純水素を供給できる体制にはない。そこで、天然ガス（主成分メタンＣＨ４）、メタノール、ガソリン、プロパン、ブタンといった、水素を含んだものを燃料に使う。

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これらの燃料に高温下で水や酸素を混ぜて水素を取り出すのが改質。純水素を使う場台に出てくるのは水だけだが,改質燃料の場台、ＣＯ２、ＮＯＸ、ＣＯ、ＨＣが少ない畳だが発生する。ＣＯは触媒と相性がよく吸着して水素を阻害する。すると、Ｈ２はＨ+になれず性能を落としてしまう。これをＣＯ被毒と言う。そのため、改質では燃料中のＣＯ濃度を10PPm程度に抑える必要が有り、ここが各社腕の見せ所なのである。うんうん。