セラミックスが、次世代型「燃料電池」を進化させる！

セラミックスを用いた「次世代型」の燃料電池

エネルギー問題や地球温暖化問題を解決するカギとして、水素と酸素の化学反応から電気エネルギーを得る「燃料電池」が注目を浴びています。多くの家庭用発電システムや燃料電池自動車に用いられているのは、「電解質」部分にフッ素系ポリマーを用いる「固体高分子形燃料電池（PEFC）」です。作動温度が低く、小型化しやすいという長所がある半面、化学反応を促すため、水素に接する「燃料極」や酸素に接する「空気極」に、白金など高価な貴金属触媒が必要となります。これに対して、「次世代型燃料電池」として研究が進められているのが、セラミックスを電解質に用いた「固体酸化物形燃料電池（SOFC）」です。

イオンも電子も通り抜けられる構造に

セラミックスは、高耐熱性素材です。SOFCは化学反応の効率が高い温度（700～1000℃）で作動させられ、発電効率が高く、貴金属の触媒も必要としません。また、PEFCの電解質は水素イオンを通す素材なのに対し、SOFCは酸化物イオンを通すセラミックスを用いるので、水素以外に一酸化炭素が燃料極に供給されても反応を続けます。ちなみにセラミックスは、イオンだけでなく電子そのものが通る構造に作ることが可能なので、SOFCは電解質だけでなく、燃料極と空気極もセラミックスで作られています。構造全体が耐熱素材なので、高温下で作動させても耐久性が著しく低下する心配がないのです。

燃料電池の普及に弾みをつける

PEFCの燃料には、メタノールや液化石油ガスを改質して取り出した水素を使いますが、触媒の白金は、一酸化炭素によって劣化する弱点があります。その点、SOFCは、前述のように一酸化炭素も燃料にできて、都市ガスや天然ガス（メタン）も簡単な改質で燃料に用いることができます。もちろん、高熱で作動するがゆえの問題点も数多くありますが、燃料電池の可能性を大きく広げてくれる存在となるでしょう。

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熊本大学工学部材料・応用化学科准教授松田元秀先生

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