電力原子力・新エネルギー太陽光・風力・燃料電池★★☆☆☆
燃料電池の原理と種類
概要
燃料電池は、水素と酸素の電気化学反応（水の電気分解の逆反応）によって化学エネルギーを直接電力に変換する装置。出力は直流であり、系統連系にはインバータが必要。電解質の種類（りん酸形・溶融炭酸塩形・固体高分子形・固体酸化物形）による分類、コジェネレーションへの応用、燃料供給方式（直接水素または改質器経由）が試験の主要ポイント。
📖用語
燃料電池：水素と酸素の電気化学反応（水の電気分解の逆反応）によって化学エネルギーを直接直流電力に変換する装置。燃焼を伴わない。
インバータ（直交変換装置）：直流電力を交流電力に変換する装置。燃料電池の出力は直流のため、系統連系には必須。
電解質：燃料電池内でイオンを通過させる媒体。りん酸・溶融炭酸塩・固体高分子膜・固体酸化物などの種類がある。
改質器（リフォーマ）：天然ガス・メタノール・LPGなどを化学反応させて水素に変換する装置。
コジェネレーション（コジェネ）：発電と同時に発生する排熱を空調・給湯・暖房に活用し、エネルギー総合効率を高めるシステム。
PAFC（りん酸形燃料電池）：電解質にりん酸を用いる。動作温度約200°Cで実績が豊富。
SOFC（固体酸化物形燃料電池）：電解質に固体酸化物（セラミック）を用いる。動作温度約1000°Cで高効率。
燃料電池は，水素と酸素の電気化学反応（水の電気分解の逆反応）によって化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置。
動作原理
水素（燃料）と酸素（空気中）が電解質を介して反応し，直流電力を発生する。燃焼を伴わないため高効率で，NOxの発生が少ない。
出力は直流。系統連系や交流機器への供給にはインバータ（直交変換装置）が必要。
電解質による分類
| 種類 | 電解質 | 動作温度 | 特徴 |
|---|---|---|---|
| りん酸形（PAFC） | りん酸 | 約200°C | 実績豊富，コジェネ向き |
| 溶融炭酸塩形（MCFC） | 溶融炭酸塩 | 約650°C | 大型・発電効率高い |
| 固体高分子形（PEFC） | 固体高分子膜 | 80〜100°C | 小型・起動速い，家庭用 |
| 固体酸化物形（SOFC） | 固体酸化物 | 約1000°C | 高効率，セラミック電解質 |
燃料の供給方法
•水素を直接供給するか，天然ガス・メタノール・LPGなどを改質器（リフォーマ）で水素に変換して供給する。
•燃料は外部から連続供給（一次電池のように使い捨てではなく，充電も不要）。
コジェネレーション
発電時に発生する排熱を空調・給湯・暖房に活用できる（熱電供給，コジェネ）。総合エネルギー効率が高い。
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