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| 監修の辞 |
| 序 |
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| 第1章 固体高分子形燃料電池とは |
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なぜ，燃料電池が注目されるのか？ |
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| 1. | 21世紀の地球を取り巻くトリレンマ |
| 2. | 火力発電と燃料電池発電 |
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固体高分子形燃料電池の特徴 |
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| 1. | 燃料電池と一次電池，二次電池の相違点 |
| 2. | 燃料電池の分類 |
| 3. | 燃料電池の開発小史 |
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PEFCの作動原理と基本構成 |
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| 第2章 固体高分子形燃料電池の構成材料 |
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フッ素系電解質膜 |
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| 1. | はじめに |
| 2. | フッ素系膜 |
| 2.1. | 燃料電池用イオン交換膜に求められる基本特性 |
| 2.2. | パーフルオロスルホン酸 |
| 2.2.1. | 構造,製法,物性 |
| 2.2.2. | 不純物の影響 |
| 2.2.3. | パーフルオロ膜の安定性 |
| 2.3. | 高耐熱性膜 |
| 3. | 補強膜 |
| 3.1. | はじめに |
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| 3.2. | PTFE多孔体補強膜 |
| 3.3. | フィブリル補強膜 |
| 4. | 加湿方法 |
| 4.1. | はじめに |
| 4.2. | 外部加湿 |
| 4.3. | 内部加湿 |
| 4.4. | 自己加湿 |
| 4.5. | 薄膜、高イオン交換容量膜の使用 |
| 4.6. | その他 |
| 5. | おわりに＜吉武優＞ |
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電極 |
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| 1. | 電極触媒材料(白金,白金合金) |
| 1.1. | はじめに |
| 1.2. | 白金系金属の構造と吸着・触媒特性 |
| 1.2.1. | 超微粒子の表面サイト |
| 1.2.2. | 超微粒子の露出結晶面 |
| 1.2.3. | 白金電極における水素波 |
| 1.2.4. | 結晶面と触媒活性 |
| 1.3. | 白金系合金の構造 |
| 1.3.1. | 合金組成と構造 |
| 1.3.2. | 表面組成とバルク組成,粒子の組成の均質性 |
| 1.3.3. | 選択溶解性 |
| 1.4. | 金属・合金・超微粒子の電子構造 |
| 1.4.1. | 金属・合金の価電子帯の構造 |
| 1.4.2. | Dowdenによる触媒活性の理論 |
| 1.4.3. | 金属超微粒子の電子構造 |
| 1.5. | 各種金属触媒の吸着特性と触媒反応活性の傾向 |
| 1.5.1. | 各種金属と吸着熱 |
| 1.5.2. | 各種金属の水素電極反応活性 |
| 1.6. | アノード反応 |
| 1.6.1. | メタノールの酸化 |
| 1.6.2. | メタノールおよびCO酸化と結晶面および粒子サイズの関係 |
| 1.7. | カソード反応 |
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| 1.7.1. | 貴金属,白金合金 |
| 1.7.2. | 白金粒子のサイズ効果 |
| 1.8. | 今後の展開 |
| 2. | 高分散触媒とガス拡散電極(炭素担体を含む) |
| 2.1. | 高分散へのプロローグ |
| 2.2. | 高分散の正体 |
| 2.3. | 触媒担体と高分散担持 |
| 2.4. | 担体と電極性能 |
| 2.5. | 触媒担持率と電極性能 |
| 2.6. | CO被毒と高分散 |
| 2.7. | 触媒の最適化と今後の課題 |
| 3. | ガス拡散基材 |
| 3.1. | ガス拡散基材の機能と要求特性 |
| 3.2. | カーボンペーパー |
| 3.3. | 炭素繊維織物 |
| 4. | 膜電極接合体(ガス拡散電極構造含む) |
| 4.1. | はじめに |
| 4.2. | 固体高分子形燃料電池 |
| 4.2.1. | 固体高分子形燃料電池の概要 |
| 4.2.2. | 固体高分子形燃料電池の要素技術 |
| 4.3. | 結言および今後の展開 |
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セパレータ(炭素、金属) |
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| 1. | はじめに |
| 2. | セパレータを含む単セルにおける電子とイオンの動き |
| 3. | 積層構造における電子とイオンの機能化学 |
| 4. | PEFCの電子とイオンの伝導材料と比抵抗 |
| 5. | 垂直積層と平面積層での電子の移動距離の比較 |
| 6. | セパレータ構成材料の比較 |
| 7. | PEFCセパレータの機能 |
| 8. | カーボン樹脂モールドセパレータの開発
(NEDOフェーズ3) |
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| 8.1. | 電気抵抗 |
| 8.2. | 機械特性 |
| 8.3. | 安定性 |
| 8.4. | 成形精度 |
| 8.5. | 製造コスト |
| 9. | セパレータの流路形状 |
| 10. | PEFCで起こりうる腐食 |
| 11. | セパレータ流路の工夫 |
| 12. | おわりに |
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| 第3章 水素の製造と輸送・貯蔵 |
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副生水素 |
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| 1. | 水素製造方法 |
| 2. | 水素需要供給予測 |
| 3. | 食塩電解 |
| 4. | コークス炉副生ガス(COG) |
| 5. | 廃熱利用によるメタン改質 |
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| 6. | コ・プロダクションによる水素製造 |
| 7. | 廃棄金属アルミニウムによる水素製造 |
| 8. | 都市ガス，LPG改質によるオンサイト供給 |
| 9. | 水素供給システムの現状 |
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水電解 |
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| 1. | はじめに |
| 2. | 水電解による水素製造例 |
| 2.1. | アルカリ水電解 |
| 2.1.1. | 商業用アルカリ電解槽 |
| 2.1.2. | 改良型アルカリ電解槽 |
| 2.2. | 固体高分子形水電解法 |
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| 2.3. | 高温高圧型高分子水電解 |
| 2.4. | 可逆セル |
| 2.5. | 高温水蒸気電解 |
| 2.6. | 水素製造装置の応用例(水素供給ステーション) |
| 2.7. | 米国水素製造プロジェクトの動向 |
| 3. | おわりに |
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各種炭化水素系燃料からの水素製造技術 |
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| 1. | 燃料電池における燃料改質技術 |
| 1.1. | 燃料電池の種類と使用可能燃料 |
| 1.2. | 燃料と改質システム |
| 1.3. | 燃料電池用天然ガス改質システム |
| 2. | 脱硫触媒 |
| 2.1. | 一般的な脱硫方式 |
| 2.2. | より高次な脱硫 |
| 3. | 改質触媒 |
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| 3.1. | 改質方式 |
| 3.2. | 水蒸気改質法 |
| 3.3. | 部分酸化法およびオートサーマル法 |
| 4. | CO変成触媒 |
| 5. | CO除去触媒 |
| 6. | PEFC用燃料改質システムの開発状況 |
| 7. | おわりに |
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バイオマス水素製造 |
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| 1. | バイオマスの性質 |
| 1.1. | バイオマスのエネルギー量 |
| 1.2. | バイオマスの生産性 |
| 1.3. | C3植物とC4植物 |
| 1.4. | 未利用バイオマス資源量 |
| 2. | 熱化学的ガス化による水素製造 |
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| 3. | 発酵による水素製造 |
| 3.1. | なぜ発酵で水素を製造するか |
| 3.2. | 発酵の水素収率と代謝産物 |
| 3.3. | 水素発生速度 |
| 3.4. | 利用に適したバイオマス |
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水素輸送・貯蔵 |
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| 1. | はじめに |
| 2. | 圧縮水素としての貯蔵 |
| 3. | 液体水素としての貯蔵 |
| 4. | 水素貯蔵材料による貯蔵 |
| 4.1. | 水素吸蔵合金 |
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| 4.2. | 無機系水素貯蔵材料 |
| 4.3. | 有機系水素貯蔵材料 |
| 4.4. | 炭素系材料 |
| 5. | おわりに |
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| 第4章 固体高分子形燃料電池の用途 |
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燃料電池車(FCV) |
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| 1. | はじめに |
| 2. | 燃料電池システム |
| 2.1. | 水素式燃料電池システム |
| 2.2. | 改質式燃料電池システム |
| 3. | FCVの開発動向 |
| 3.1. | コスト |
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| 3.2. | 効率(燃費) |
| 3.3. | 運転性 |
| 3.4. | 信頼性 |
| 3.5. | 搭載性 |
| 4. | おわりに |
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家庭用コージェネレーションシステム |
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| 1. | はじめに |
| 2. | 家庭用コージェネレーションシステムの構成 |
| 3. | 家庭用コージェネレーションシステム導入による効果 |
| 4. | システム開発例 |
| 5. | 開発状況 |
| 5.1. | 定置用固体高分子形燃料電池システム普及基盤整備の概要 |
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| 5.2. | 定置用燃料電池実証研究の概要 |
| 5.3. | 家庭用コージェネレーションシステム標準化に対する取り組み |
| 5.4. | 家庭用コージェネレーションに関しての規制緩和に対する取り組み |
| 6. | おわりに |
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家庭用コージェネレーションシステムの導入効果解析 |
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| 1. | 住宅と環境問題 |
| 2. | 家庭用コージェネレーションシステムの構成 |
| 3. | 家庭用エネルギーシステムの比較 |
| 3.1. | 環境特性比較検討 |
| 3.2. | 経済特性比較検討 |
| 4. | 家庭用コージェネレーションシステムの導入効果解析手法 |
| 4.1. | 家庭用コージェネレーションシステム導入効果解析の目的・意義 |
| 4.2. | 一般的な手法とその問題点 |
| 4.3. | 汎用性を求めた導入効果解析ソフト |
| 4.3.1. | 条件設定 |
| 4.3.2. | 家庭のエネルギー負荷の計算 |
| 5. | 戸建住宅への家庭用燃料電池コージェネレーションシステム導入効果の解析 |
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| 5.1. | 標準条件の設定 |
| 5.2. | 解析結果 |
| 5.2.1. | 家庭用燃料電池コージェネレーションシステム導入効果 |
| 5.2.2. | 部分負荷効率の影響 |
| 5.2.3. | 効率による導入効果の差 |
| 5.2.4. | 地域による導入効果の差 |
| 5.2.5. | 住宅のく体構造(省エネルギー基準)による導入効果の差 |
| 5.2.6. | 給湯量(生活様式の違い)による導入効果の差 |
| 5.2.7. | 燃料価格の影響 |
| 5.2.8. | 二世帯での共同利用による効果 |
| 6. | おわりに |
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マイクロ燃料電池 |
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| 1. | マイクロ燃料電池開発の背景 |
| 1.1. | マイクロ燃料電池への期待 |
| 1.2. | マイクロ燃料電池と二次電池との比較 |
| 1.3. | マイクロ燃料電池とkW級PEFC(自動車用・家庭用燃料電池)との比較 |
| 2. | マイクロ燃料電池の発電特性 |
| 2.1. | 携帯電子機器用途に適した燃料電池 |
| 2.2. | DMFCの反応と特性 |
| 3. | マイクロ燃料電池の構造とシステム |
| 3.1. | マイクロ燃料電池のセル構造 |
| 3.1.1. | 平面型スタック |
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| 3.1.2. | 積層型スタック |
| 3.2. | マイクロ燃料電池のシステム |
| 3.2.1. | マイクロDMFCシステム |
| 3.2.2. | 改質型マイクロPEFCシステム |
| 3.2.3. | 純水素型マイクロPEFCシステム |
| 4. | マイクロ燃料電池の燃料 |
| 5. | マイクロ燃料電池の技術課題 |
| 5.1. | マイクロDMFCにおける燃料の濃度 |
| 5.2. | マイクロ燃料電池のための技術開発 |
| 6. | マイクロ燃料電池の今後 |
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PEFCの利用・開発動向 |
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| 1. | PEFC利用上の問題点 |
| 2. | 燃料電池自動車(FCV)の開発 |
| 2.1. | わが国におけるFCVの開発 |
| 2.2. | 海外動向 |
| 3. | FCVの実証運転試験 |
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| 4. | 燃料選択に関する考察 |
| 5. | 家庭でのコージェネレーション用燃料電池 |
| 5.1. | 家庭用燃料電池の動作条件 |
| 5.2. | 家庭用固体高分子形燃料電池(PEFC)
コージェネレーション実証実験 |
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| 第5章 固体高分子形燃料電池の最近の研究開発動向 |
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新規電解質膜(炭化水素,高温型) |
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| 1. | はじめに |
| 2. | 高分子電解質膜 |
| 3. | 新規電解質膜 |
| 4. | 新規フッ素樹脂系電解質と部分フッ素化電解質膜 |
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| 5. | 炭化水素系電解質 |
| 6. | 耐熱性高分子を用いた炭化水素系高分子電解質 |
| 7. | おわりに |
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合金電極触媒材料 |
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| 1. | 電極触媒と電極構造 |
| 2. | 酸素還元カソード触媒 |
| 2.1. | カソード触媒開発の概要 |
| 2.2. | カソード触媒作用に対する表面電子状態の効果 |
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| 3. | 耐CO被毒アノード触媒 |
| 3.1. | Pt電極触媒のCO被毒 |
| 3.2. | 耐CO被毒アノード合金触媒の設計 |
| 3.3. | 耐CO被毒性に対する表面電子状態の効果 |
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高活性高分散触媒の開発・・炭素担持PtRuアノード触媒の調製プロセスと性状・物性の関係 |
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| 1. | はじめに |
| 2. | 炭素担持白金ルテニウム電極触媒の調製法 |
| 2.1. | 貴金属コロイド化学還元法(液相) |
| 2.2. | 貴金属酸化物コロイド気相還元法 |
| 2.3. | 貴金属錯体含浸−還元熱分解法 |
| 2.4. | 表面修飾コロイド−還元熱分解法 |
| 3. | 種々のPtRu/C調製プロセスにおける
PtRuナノ粒子の性状 |
| 4. | PtRuナノ粒子の性状とCO被毒耐性,
メタノール酸化活性 |
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| 4.1. | 表面修飾コロイド−還元熱分解法における
還元剤・安定剤の影響 |
| 4.2. | 含浸−還元熱分解法における
Ru前駆体種,還元熱分解温度の影響 |
| 4.3. | 含浸−還元熱分解法におけるPt前駆体種の影響 |
| 4.4. | カルボニル錯体含浸−還元熱分解法と
コロイド気相還元(亜硫酸錯体)法の比較 |
| 5. | PtRu/C調製プロセスにおける炭素担体の影響 |
| 6. | おわりに |
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燃料プロセシング触媒 |
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| 1. | 燃料電池の燃料適応性 |
| 2. | メタノールおよび含酸素化合物の改質 |
| 3. | 炭化水素からの水素製造 |
| 4. | CO被毒の対策 |
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| 5. | 水性ガスシフト反応 |
| 6. | CO選択酸化 |
| 7. | おわりに |
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| 第6章 将来展望(普及戦略と期待) |
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はじめに |
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すべての燃料電池の普及に関する共通の課題 |
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| 1. | 規制緩和 |
| 2. | 一般ユーザーである市民の啓蒙・教育 |
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燃料電池自動車 |
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| 1. | 燃料電池自動車のコスト低減 |
| 2. | 信頼性と耐久性の確保 |
| 3. | 水素インフラの確立 |
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| 4. | 燃料電池車の導入目標 |
| 5. | 燃料電池自動車に対する規制緩和 |
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定置用燃料電池 |
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移動用など小型燃料電池 |
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電子機器用超小型燃料電池 |
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おわりに |
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| おわりに |
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