仕組みと原理

燃料電池はどのようにしてできているのか、その仕組みと発電の原理を解説しているページです。以前と比べると燃料電池がメディアに取り上げられることも増えてきてはいますが、実際に燃料電池がどのようなものなのかをご存じの方は多くないかと思いますので、簡単に分かりやすくまとめてみました。

仕組み

燃料電池の仕組み

文字で解説するよりもイラストで見て頂いた方が分かりやすいと思いますので、エネファームや燃料電池の促進を行っている「一般社団法人 日本ガス協会」の公式ホームページにて公開されているイラストをご紹介させて頂きました。

  • セル
    イラストに示されているものを総称してセルと言います。後述する電解質と2つの極とセパレーターで構成されています。

  • スタック
    セルを複数積み重ねてできた燃料電池本体のことです。単にスタックと表記されることもあれば、セルスタックや燃料電池スタックと表記されることもあります。

  • 電解質
    溶媒に溶かした際に、陽イオンと陰イオンを発生する物質のことです。溶け出した溶液は電導性を示します。この電解質に何を用いるかによって種類が分けられています。(参考:燃料電池の種類

  • 燃料極
    水素を供給する側の極です。陽極やアノードと表記されることもありますが、前述のイラストのように水素がある極と覚える方が分かりやすいです。

  • 空気極
    酸素(空気)を供給する側の極です。燃料曲とは逆に陰極やカソードと呼ばれることもあります。ただ、こちらも酸素がある極と覚えてしまいましょう。

  • セパレーター
    水素が通過する層と、酸素が通過する層を分離する役割を果たします。前述の各項目にも共通して言えることですが、セパレーターがないと燃料電池として機能しません。

発電の原理

燃料電池の原理

H2:水素  O2:酸素  H2O:水  H+:水素イオン  e-:電子

燃料電池の発電の原理をまとめたイラストがこちらです。先ほど登場した燃料極と空気極が左右に描かれていますが、簡単に言ってしまうと「水素と酸素を化学反応させて電気を生み出す」ということです。理科の得意な方なら「水の電気分解の逆の化学反応」と言った方が分かりやすいかも知れません。

家庭用燃料電池コージェネレーションシステムとして、既に一般家庭にも導入が進められている「エネファーム」や、ついに市販が始まり、今後の普及に期待がかけられている「燃料電池車」も基本的には同じ仕組みです。

ちなみに、エネファームの場合はコージェネレーションという仕組みを採用しているため、水素と酸素の化学反応時に発生する熱も給湯に利用することができ、無駄の少ないエネルギー利用法となっています。