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自分の勉強のためにさらにメモメモ

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・固体高分子形燃料電池 (wikipedia)

固体高分子形燃料電池（こたいこうぶんしがたねんりょうでんち、polymer electrolyte fuel cell, PEFC）は、イオン伝導性を有する高分子膜（イオン交換膜）を電解質として用いる燃料電池である。これまで様々な呼称があり、初期はプロトン交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)とも呼ばれていたが、1992年に当時の通商産業省がニューサンシャイン計画を導入する際、米国における学術的呼称である"polymer electrolyte fuel cell"の邦訳として「固体高分子型燃料電池」という語を用いるようになってから、次第にPEFCという略称とともに呼称が定着するようになってきた。JISにおける標準用語を燃料電池に対して制定された際、タイプをしめす言葉として形が用いられていることから、このタイプの燃料電池のことを「固体高分子形燃料電池」と定められ、定着した。

構造と原理

固体高分子形燃料電池の基本構造は、燃料極（負極）、固体高分子膜（電解質）、空気極（正極）を貼り合わせて一体化した膜／電極接合体 (Membrane Electrode Assembly, MEA) と呼ばれる基本部品を、反応ガスの供給流路が彫り込まれたバイポーラプレート (bipolar plate) と呼ばれる導電板で挟みこんで1つの基本単位を構成し、これを特に単セル (single cell) と呼ぶ。単セルでは運転時に約0.7Vの電圧を発生する。この単セルを積層して直列接続し高電圧を得られるようにした物をセルスタック (fuel cell stack) と呼ぶ。

燃料極（負極）では、水素やメタノールなどの燃料が供給され、H₂ → 2H⁺ + 2e^-（メタノールを用いた場合はCH₃OH + H₂O → CO₂ + 6H⁺ + 6e^-）の反応によって、プロトン（水素イオン、H⁺）と電子に分解する。この後、プロトンは電解質膜内を、電子は導線内を通って、空気極へと移動する。 一般に、カーボンブラック担体上に白金触媒、あるいはルテニウム－白金合金触媒を担持したものが用いられる。

固体高分子膜（電解質）は、燃料極で生成したプロトンを空気極へと移動する働きを持つ。当初はスルホ系イオン交換樹脂がジェミニ宇宙船に搭載されたが、現在では、プロトン伝導性の高さと安定性から、主にナフィオン（Nafion、アメリカのデュポン社の商標）などのスルホン酸基を持ったフッ素系ポリマーが用いられていることが多い。国産のフッ素膜も用いられることが多く、旭硝子 (Flemion) 、旭化成 (Aciplex) 等が知られる。この膜中において、プロトンは水和されてスルホン酸基上を移動する。したがって、膜中の水分が燃料極から空気極へと移動することになる。このままでは燃料極側では水分が徐々に失われてしまうので、燃料には水分を含ませる必要がある。この「水を使用する」という条件から、この系は0℃以下、または100℃以上での使用が困難であるというのが欠点である。そのため、無加湿・中高温条件において使用可能な高分子膜の開発が急務である。 また、燃料としてメタノールを用いる場合は、メタノールが電解質膜を透過してしまう「クロスオーバー現象」が発生する。クロスオーバーの結果、メタノールは空気極でも反応してしまい、起電力を大きく低下させる。特に、出力密度を向上させるためメタノール濃度を高くするとクロスオーバーは顕著となる。最近ではこのクロスオーバーを抑制するために、多孔性ポリイミドやプロトン伝導ガラスを利用する方法などが研究されている。

空気極（正極）では、電解質膜から来たプロトンと、導線から来た電子が空気中の酸素と反応して、4H⁺ + O₂ + 4e^- → 2H₂Oの反応により水を生成する。が、実際はこの「酸素4電子還元」反応の効率はきわめて悪く、起電力を下げる原因になっている。 一般に、カーボンブラック担体上に白金触媒を担持したものが用いられる。

以上の反応から、理論上は約1.2Vの電圧が得られるが、電極反応の損失があるため実際に得られる電圧は約0.7Vとなる。また、燃料効率や寿命、触媒である白金（自動車用燃料電池で1台100g以上必要といわれる）の供給量、車1台1億とも言われているコスト面など、改善すべき課題はきわめて多い。

ここである通り、1セル0.7Vというのも一致するし、後段の仕組みとしてはまるっきりPEFCなんですね。
H₂を与えて、それが燃料極の触媒でH⁺と電子に分かれて、H⁺は高分子膜を移動、電子は導線を移動(これが発電)。
空気極でH⁺と電子と空気中のO₂が出会って、H₂Oができると。
えいやっというと、水素の気体って燃えやすい(というか爆発する)わけですが、がっと燃えて熱を出す代わりに、化学反応で電力を取り出すと。最終的に水素が水に変わるのは同じなんですけどね。

で、今回の場合、その最初のH₂を得るのが、なんだかわからない「化学反応」によってH₂Oからとｗ
ふつーなんらかのエネルギーを与えないとそんな反応は起きないわけで。
ここがみんなから壮絶に突っ込まれてるわけっすね(ようやく追いついたのかよとｗ

触媒と化学反応は分けて書いてありますしねぇ(→WESの発電の仕組み)。

とここまで書いて、もう一度GIGAZINEから。
・真偽判断に役立つ「ウォーターエネルギーシステム」に対する各報道陣からの質疑応答いろいろ、そして現時点での結論

Q：画期的ということですか？
A：水素燃料電池自体が相当画期的だとは思いますが、水素というものとエネルギーというものがなかなか結びつかないと思うのですがそれからすればそれほど大きな飛躍ではない、と。またメタノールダイレクト型の燃料電池というものはスタックに供給するという意味ではこれと非常によく似ているのですが、水素を取り出してからスタックに供給するのではなくて、液体をスタックに供給するという意味では先駆者もいますし、我々も基本的には同じような技術の流れの中から出てきたものだという風に思っています。

Q：燃料極側から酸素が出ますよね。その酸素を再循環するという仕組みは？
A：我々は酸素ではなくて空気から取り出しています。空気中の酸素と反応させています。

ここの回答はまったくとんちんかんということがわかりますね。
燃料極側で「化学反応」でH₂を取り出してるときに、同時にO₂が必ず発生するわけで、それをどーしてんのかと尋ねているのに答えになってません。空気極で空気中のO₂と反応してると言われてもね。
で、次の質問はさらにつっこまれていると。

Q：反対側で水が分解するとO2（酸素）が出てきますよね。そのO2はそのまま出すということですか？
A：はい。もうそのまま垂れ流しています。

この系は、燃料極側でO₂ができますが、結局できたのと同じ分だけ空気極側で消費するはずなので、垂れ流しというのはなんとなく変です。まぁ燃料極側だけ見れば垂れ流しなんでしょうけど。この系の中では別に収支0のはずなので。

よくわかんないのですが、水の中になんか突っ込んだら水が分解されるというすんばらしい物質があるのでしょう。なおかつそれはすりへったりしないのでしょう。40000hも持つんすよね。いやあ凄い。
もうノーベル賞なんてレベルじゃねーぞ。

ただ、この化学反応って単独であるわけじゃなくて、その次の触媒で...というところと一体になってないとおかしいような気がします。じゃないと、その反応自体を制御しないと水素・酸素生成だけが進んで危険な気が。
電流取り出さないと後段は止まると思うし、前段の制御の仕組みなんてありそうにないし。

# だってお(バンバン　とか貼りたくなるな...

それとよくわからないのは、この系ってすべてにおいて物質的な収支がないように思うんですよねー。
であるならば、(必要な量の空気コミで)密閉してしまえば水が蒸発してなくなることもなくて、永久機関ってことでいいんじゃないかと思うのですがｗｗｗ
どうして密閉せずに、燃料材の水を蒸発するに任せてしまうのかなぁ。もったいないなぁ。
空気極でできた水は再利用ってことで燃料極側に回してるんでしょ?

# エネルギー的な収支は深く考えないってことでひとつｗｗｗ
# きっとみずのしつりょうがへってえねるぎーにばけているんだよ！

それにしてもこういうのって必ず学会発表とかの前にマスコミ発表するよね。

Q：特許を取ったりとか、学会に発表したりだとか、学術誌に発表したりだとかそういうことはしないのですか？
A：特許は申請しております。ただし非常に悩ましいのが我々としてもブラックボックス化している技術の部分がありまして、そこを開示するのかどうかというのは会社として非常に悩ましいところではあります。

Q：まだ発表されたことはない、と？
A：発表していません。そういう意味では今回が初めての発表です。プライベートにいろいろな利用会社様にご覧いただいたということはあります。

もうその一点だけでもトンデモ認定でいいような気が最近してきました。

それと中身もそうだけど、「目に見える形」でのプレゼン(=車を走らす)とかね。
GIGAZINEの質疑応答を読む限り、車にいれてるユニットは出力500Wのように読めるんだけど、500Wで車って動くもんなの???
ウォーターエネルギーシステムってどうよでも書いたことだけど、1 kW = 1.36 PS(馬力)だから、0.68 PS だぜ。普通の軽自動車でも50PSくらいあるしょ。
動画見たけどふつーに走ってんだけどｗ
いや(書いてある通り)バッテリーにつないでるからバッテリーから がーっ と流れてんだろうけど、なんていうか....ねぇ....それ意味があるデモンストレーションなのかと小一時間.....

ほいで中身というよりも、もう商売的な話もしてるし。典型的な出資詐欺のパターンか
まぁこれはマスコミを呼んだ時点で必ず聞かれることではあるんだけどね。

そんなこんなで自分用メモ終了ー
未読読めてないのにこんなのに手を出してもうアホかとｗ
ま、燃料電池とは、とか、いろいろ勉強になりました：）