小型燃料電池の新展開
-モバイル用(DMFC)から、家庭用定置型(PEFC)まで-



 本書は、開発が活発化しているモバイル用燃料電池(DMFC)と家庭用定置型燃料電池(PEFC)について、政府の施策、各企業の活発な開発動向を追い、かつ、ともすればブラックボックスになりがちな技術内容について特許記載内容から迫ろうとするものです。

 第1章では全体的な状況、特に、多様な政府関係の施策を扱い、第2章ではメタノールのクロスオーバー、耐久性が問題となっている電解質膜、コストが問題となっている触媒、MEA、セパレータ、補機類(ブロア、ポンプ、流量計、センサ等々)など、FC用材料・部品の開発動向をまとめました。

 第3章では、カシオ、東芝、日立、富士通、サムスン、キャノン、松下電器、三洋電機ミレニアウム・セル、セイコーインスツル、LG化学、NTTドコモ、KDDI等のモバイル用燃料電池(DMFC)開発企業の動向を追っています。
 第4章では、大規模実証事業により市場導入が積極化している東京ガス、大阪ガス、九州電力、新日本石油、出光興産、ジャパンエナジー、東芝、松下電器、荏原バラード、三洋電機、三菱電機、富士電機アドバンストテクノロジー等々の、家庭用定置型燃料電池(PEFC)開発企業の動向をまとめました。

 第5章では、Nafion系高分子電解質膜、フッ素化共重合体、炭化水素系電解質膜、電極触媒層、セパレータなどの要素技術の動向を、第6章ではモバイル用燃料電池開発企業の技術内容を、第7章では家庭用定置型燃料電池のもう一つの心臓部である改質器、触媒の寿命を決める脱硫器、パージガスを不要にするための具体的な技術内容等を、各社の特許から探っています。

   □体裁 A4判 295ページ
   □税込価格 71,400円 (本体68,000円、消費税3,400円)
   □送料 弊社負担
   □発行 2006.6


第1章 FCの全体状況
第2章 FC用材料・部品の開発動向
第3章 携帯機器用燃料電池の開発動向
第4章 定置用燃料電池の開発動向
第5章 特許からみた燃料電池の要素技術
第6章 特許からみた携帯用燃料電池開発企業の技術
第7章 特許から見た定置形燃料電池の技術



 

第1章 FCの全体状況
1
1.1 「愛・地球博」における燃料電池 1
 1.1.1 燃料電池ハイブリッドバス 1
 1.1.2 JHFC愛・地球博水素ステーション 3
 1.1.3 携帯型の情報表示端末「Nature Viewer」 5
 1.1.4 日本政府館の燃料電池 6
1.2 燃料電池開発に対する日本政府のビジョン・施策・予算 7
 1.2.1 新産業創造戦略の中での燃料電池 7
  (1) 新産業創造戦略 7
  (2) 新産業創造戦略の中での燃料電池 7
  (3) 燃料電池の普及目標 9
 1.2.2 エネルギー政策の見直しと燃料電池 9
  (1) 新エネルギー産業ビジョン 10
  (2) 脱化石燃料へのエネルギー技術戦略行程表素案 10
  (3) 2050年の原子力ビジョンとロードマップ 10
 1.2.3 予算 13
  (1) 2004年度予算 13
  (2) 2005年度予算 13
   ・総合科学技術会議と科学技術施策連携群 13
   ・経済産業省 13
   ・NEDOの開発政策目標の転換(PEFCとDMFC;SODCは更に重点を絞る) 14
   ・環境省 14
   ・平成17年度燃料電池関連予算 14
  (3) 2006年度予算 15
   ・FC実用化戦略研究会 15
   ・資源エネルギー庁 15
   ・06年度予算動向 16
  (4) 平成15年〜17年度経済産業省燃料電池関係予算 16
1.3 ロードマップ、NEDOのプロジェクト等 16
 1.3.1 ロードマップ 17
  (1) 燃料電池開発ロードマップ作成に先行する活動 17
  (2) FC・水素技術開発ロードマップ委員会 17
  (3) ロードマップ 17
 1.3.2 ロードマップ(2006年見直し) 19
 1.3.3 NEDOの燃料電池関係プロジェクト 20
  (1) NEDO燃料電池・水素技術開発部のプロジェクト 20
  (2) FC先端科学技術センター 20
  (3) 水素先端科学技術研究センター(仮称) 20
  (4) 大学・研究機関・企業等への研究委託 21
1.4 市場予測 22
 1.4.1 政府の導入目標 22
 1.4.2 市場規模予測例 22
 1.4.3 市場予測専門業者による予測例 23
  (1) 2004年の分散型発電機器・システムの市場規模予測 23
  (2) 2005年のFCシステムの市場動向予測 23
1.5 規制緩和、規格整備 23
 1.5.1 規制緩和 23
  (1) 国内規制の撤廃 23
  (2) メタノールの機内持込規制 26
   ・国連危険物輸送専門家委員会勧告 メタノールを「クラス3」へ 26
   ・国際民間航空機関(ICAO)の審議を通過 27
 1.5.2 規格整備 27
  (1) FC車用規格関係 27
  (2) IEC/TC105専門委員会国際会議 28
  (3) 我が国の国際標準化活動のおける成果 28
  (4) 日本規格協会に“国際標準支援センター”を新設 29
  (5) EBLWGノートPC向けFCの標準化に関するガイドラインを発表 30
1.6 米国政府及びその他外国機関の動き 30
 1.6.1 米国の政策・予算 30
 1.6.2 IPHE(International Partnership for Hydrogen Energy) 30
1.7 文献 33

第2章 FC用材料・部品の開発動向
36
2.1 燃料電池要素技術研究体制 37
 2.1.1 固体高分子形燃料電池先端基盤研究センター 37
  (1) FC-Cubicの発足 37
  (2) FC-Cubicの陣容と研究課題 39
 2.1.2 NEDOの基礎研究、劣化解析 42
  (1) NEDOの基礎研究、劣化解析 42
  (2) 劣化に関する研究、大学と連携した基礎・要素研究 43
 2.1.3 その他 47
  (1) 東京工業大学と凸版印刷、連携協定 47
  (2) 大阪府立産業技術総合研究所 FC関連技術開発プロジェクト立ち上げ 47
  (3) 横浜国立大学と日立製作所 研究開発で包括的な産学連携を締結 48
2.2 補機スペック 48
 2.2.1 定置用燃料電池システム関連周辺機器(補機類)の仕様リスト(2005年4月) 48
 2.2.2 家庭用燃料電池システム関連補機類の共通仕様リスト(2005年12月) 50
2.3 電解質膜 54
 2.3.1 ポリフッ化物系高分子電解質膜 54
  (1) バラード 54
  (2) デュポン 54
  (3) 旭硝子 54
  (4) 旭化成 56
  (5) 日本原子力研究所 57
   ・日本原子力研究所高崎研究所と日東電工 59
  (6) その他 60
   ・山梨大学/加湿装置不要PEFC用電解質膜 60
   ・名工大 DMFCの発電性能を高める電解質膜を開発 60
 2.3.2 炭化水素系高分子電解質膜 61
  (1) ポリフューエル社 61
  (2) トクヤマ 61
  (3) ホンダ/JSR 62
  (4) 日立製作所 63
  (5) 東レ 64
 2.3.3 その他の電解質膜 64
  (1) 東亞合成/東大 64
  (2) NTTアドバンステクノロジー 多孔質フッ素樹脂シート 66
  (3) 本庄ケミカル/プロトンC60パワー 67
  (4) ソニー フラーレンの誘導体からDMFC用電解質膜を開発 67
  (5) 山口大学 ポリイミドのスルホン酸化 68
  (6) 東京工業大学 無機物と有機物の層状構造電解質膜を開発 68
  (7) 東邦ガスとTYK 中部大学ガラス素材の電解質 68
  (8) 京都大学 ポリリン酸やシリコンの複合体電解質膜 69
  (9) 名古屋工業大学 ガラス電解質 69
2.4 触媒 69
 2.4.1 改質関係触媒 69
  (1) 大阪ガス 69
  (2) 出光興産 69
  (3) 住友商事/アクタ FC用触媒 70
  (4) エコデバイス/埼玉工業大学 70
  (5) 京都大学/改質触媒 71
  (6) 東北大学 6cm角の部分酸化方式の改質器 71
  (7) 九州大学とエフ・シー・シー 紙状の触媒を開発 71
 2.4.2 脱硫剤 71
  (1) 産業総合技術研究所 71
  (2) LPガス振興センター 72
  (3) ジャパンエナジー 72
  (4) 萩尾高圧容器 72
 2.4.3 アノード、カソード用触媒 73
  (1) 触媒全般に関する報告 73
  (2) GSユアサコーポレーション 73
  (3) 産業技術総合研究所 74
  (4) 日立マクセル 74
  (5) 東京工業大学 カソード用触媒としてコバルト錯体とマンガン酸化物 75
  (6) 九州大学 CNFを用いた電極触媒を開発 75
  (7) 北陸先端科技大学院 白金の微粒子立方体 75
  (8) 宮崎大学 白金ナノ構造体 76
  (9) エコマテリアル研究センター白金と酸化セリウム金属・セラミックス複合電極 76
2.5 MEA 76
  (1) ジャパンゴアテックス 76
  (2) デュポン 77
  (3) Jパワー MEAと試験評価装置 77
  (4) ペメアス社 78
  (5) 住友電気 セルメット 78
2.6 セパレータ 78
 2.6.1 モールド系セパレータ 79
  (1) 昭和電工 79
  (2) FJコンポジットと精工技研 80
  (3) 信越ポリマー PPS配合モールドセパレータ 81
  (4) 三重大学とクレハエラストマー熱可塑性樹脂を用いた圧縮成形セパレータ 81
  (5) 三菱鉛筆 セパレータの量産化に着手 81
 2.6.2 金属系セパレータ 82
  (1) 住友金属工業 ステンレスセパレータ 82
  (2) 日立電線 チタン系セパレータ 82
  (3) 大同特殊鋼 ナノクラッド 83
  (4) 大日本印刷 84
  (5) イネオスクローエンタープライズ 金属材向け無機系コーテイング材“PEM coat” 85
  (6) NOKセパレータとゴム製品のシールを一体化 85
  (7) スリーボンド セパレータのシール材 85
2.7 水素製造・貯蔵 86
 2.7.1 水素製造 86
  (1) 日本原子力研究所 水熱分解法 86
  (2) 産業技術総合研究所、三菱化工機他 アモルファス合金膜水素製造システム 86
  (3) 三菱商事/水電気分解HHEG 86
  (4) 日本ジュラックスH2ガスジェネレータ 87
  (5) 東京工業大学など鉄粉で水素を発生 87
 2.7.2 ハイドライドによる水素貯蔵 87
  (1) ジャパンエナジー 有機ハイドライド 87
  (2) 産業技術総合研究所 ポリマーに水素イオンを貯蔵 88
  (3) 産業技術総合研究所 デカリンの合成に成功 88
  (4) 東北大学金属材料研究所 マグネシウムアミドとリチウム水素化物 88
  (5) 広島大学 マグネシウムアミドとリチウム水素化物 89
 2.7.3 水素吸蔵合金による水素貯蔵 89
  (1) 産業技術総合研究所と日本重化学工業 水素吸蔵合金 89
  (2) 那須電機鉄工他 水素吸蔵合金 89
  (3) 中部ガスとガステックサービス、豊橋技術科学大学 耐水性水素吸蔵合金 89
  (4) 広島大学 90
  (5) NIST チタンなど表面が覆われた新構造のカーボンナノチューブ 90
2.8 補機、測定器 90
 2.8.1 ブロア、ポンプ 90
  (1) スター精密 95
  (2) イワキ 95
  (3) アルプス電気 95
  (4) 香川大学 形状記憶合金のコイルばねを用いた超小型ポンプを開発 96
  (5) 北川工業、フラウンホーフアーとDMFC用マイクロポンプで業務提携 96
  (6) 日東工器 液体・気体兼用超小型ポンプ 96
  (7) 萩原製作所 FCシステム向けポンプの開発へ 96
 2.8.2 流量計 96
  (1) オーバル 超高圧形質量流量計“ウルトラ・マスMKII”を開発 96
  (2) オムロンのフローセンサー 毎秒1cm/s以下の微流速で風量計測が可能 97
 2.8.3 センサー 97
  (1) 日立製作所/岡山大学 水素漏れ検知無線センサーシステムを開発 97
  (2) 東洋インキ製造と横浜国立大学 高感度水素センサーを開発 97
  (3) 四国総合研究所 水素の可視化装置を開発 97
  (4) 東北大学、凸版印刷他 表面弾性波高性能球状水素ガスセンサー 98
  (5) 新潟大学、テクノリンク 小型化が可能な水素ガスセンサーを開発 98
  (6) 三重県科学技術振興センター COガスセンサーの高感度化 98
  (7) チノー DMFC用メタノール濃度計 99
  (8) 京都電子工業、ISSYS社 FC埋め込み型メタノールセンサーを開発 99
  (9) ケイ企画 メタノール濃度分析装置“メタノライザM1”を発売 99
  (10) 村田製作所 超音波方式メタノールセンサーを開発 99
  (11) 山武 超小型の鏡面冷却式露点計 99
  (12) チノー 耐圧で耐熱仕様の分離形温湿度計 100
  (13) アルプス電気 100
  (14) 岡崎製作所 0.06mm極細径熱電対を開発 100
  (15) 長野計器 防爆構造の小型電子式圧力計 100
 2.8.4 測定器、シミュレーター 100
  (1) 東伸工業 電解質膜強度を高温高圧下、湿度制御して測定する試験装置を開発 100
  (2) ケミックス 簡易型PEFCの電気特性試験キットを開発 101
  (3) チノー PEFC単セル用評価試験装置 101
  (4) ハイドロジェニックス FCシステム全体の性能を診断するシステム 101
  (5) 英和 測定、検査装置 101
  (6) 菊水電子工業 FCインピーダンスメーター“KFM2150” 101
  (7) 高砂製作所 多チャンネルインピーダンス測定装置“MIUシリーズ”を開発 102
  (8) HIOKI“9709AC/DCカレントセンサー”を開発 102
  (9) 静岡大学とビクトリア大学 シミュレーターソフトを共同開発 102
  (10) 三菱電機 電解質膜中プロトンの伝導性シミュレーターを開発 102

第3章 携帯機器用燃料電池の開発動向
104
3.1 カシオ 104
 3.1.1 携帯機器に最適な小型高性能燃料電池の研究開発に成功 104
 3.1.2 ノート型パソコン向けにメタノール改質型PEFCデバイスを開発 105
 3.1.3 デジタルカメラ・携帯電話搭載FCに集中 105
3.2 NEC 106
NEC、燃料電池一体型ノートPCを開発−WPCで展示 106
3.3 東芝 107
 3.3.1 ノートパソコン用小型メタノール燃料電池の開発 107
 3.3.2 手のひらサイズで1Wのモバイル機器用小型燃料電池 110
 3.3.3 ウエアラブルな小型電子機器搭載燃料電池システム 110
 3.3.4 世界最小の燃料電池としてギネスブックに掲載 112
 3.3.5 携帯音楽プレーヤー向け小型燃料電池 113
3.4 日立 114
 3.4.1 日立、東海と燃料カートリッジを共同開発 114
 3.4.2 炭化水素系MEAで4000時間の連続発電運転を実証 115
 3.4.3 ノートパソコン用出力10WのDMFC 115
 3.4.4 「CEATEC JAPAN 2004」 116
 3.4.5 “ネイチャービューワー”を公開 117
 3.4.6 KDDI向けの携帯電話充電用の燃料電池を日立が開発 117
3.5 富士通 118
 3.5.1 新しい有機高分子電解質膜を用いた携帯機器向けプロトタイプシステム 118
 3.5.2 FOMA端末用充電器をドコモと共同試作 119
3.6 サムスン 121
 3.6.1 ノートPC用高性能DMFC 121
 3.6.2 韓国Samsung SDI社、携帯機器向け燃料電池について発表 121
 3.6.3 小型燃料電池で約15時間の連続動作を達成 121
3.7 キヤノン 121
 3.7.1 キヤノンが小型燃料電池を初公表,純水素を水素吸蔵合金から供給 121
 3.7.2 「Canon EXPO 2005」 122
3.8 松下電器 123
3.9 三洋電機 124
3.10 ミレニアム・セルとセイコーインスツル 125
 3.10.1 ダウ・ケミカルとミレニアム・セル 125
 3.10.2 セイコーインスツル 126
3.11 LG化学 126
3.12 NTTドコモとKDDI 126
 3.12.1 NTTが水素燃料小型燃料電池を開発,携帯機器への搭載を狙う 126
 3.12.2 NTTドコモと富士通研究所 127
 3.12.3 KDDIと東芝、日立 128
   
 3.13 DMFCの特許問題 129

第4章 定置用燃料電池の開発動向
132
4.1 全般的な状況 132
 4.1.1 経済産業省〜NEDOのプロジェクト 132
  (1) 定置用固体高分子燃料システム普及基盤整備 132
  (2) 定置用燃料電池大規模実証事業 135
  (3) 補機スペックの公表 135
 4.1.2 自治体の普及促進活動 135
  (1) 三重県四日市市他/経済特区 136
  (2) 山口県 137
  (3) その他自治体 137
 4.1.3 業務用途の燃料電池 138
 4.1.4 FCを利用する新たなエネルギーネットワーク(DESS、V2G) 139
  (1) 日本総合研究所とDESSコンソーシアム 139
  (2) カナダのハイドロジェニックス社 139
4.2 企業の動向 140
 4.2.1 エネルギー供給企業 140
  (1) 東京ガス 140
  (2) 大阪ガス 141
  (3) エンジン・コジェネ“エコウイル”の販売好調 143
  (4) その他ガス会社 143
   ・北海道ガス 143
   ・北陸ガス 144
   ・静岡ガス 144
   ・高木産業 145
   ・東邦ガス 145
   ・西部ガス 145
 4.2.2 電力会社 145
  (1) 九州電力 145
  (2) ユアテック 146
 4.2.3 石油会社 146
  (1) 新日本石油 146
  (2) 出光興産 147
   ・出光興産とコロナ 149
  (3) ジャパンエナジー 149
  (4) その他石油会社 150
   ・コスモ石油 150
   ・太陽石油 150
   ・岩谷産業 150
   ・九州石油 151
 4.2.4 PEFC開発企業 151
  (1) 東芝、東芝IFC 151
  (2) 松下電器 151
  (3) 荏原バラード 152
  (4) 三洋電機 153
  (5) 三菱電機、三菱重工 154
  (6) 富士電機アドバンストテクノロジー 154
 4.2.5 その他企業 155
  (1) ホンダ 155
  (2) トヨタ自動車 155
4.3 定置用燃料電池大規模実証事業 155
 4.3.1 定置用燃料電池実証実験(平成14〜16年度) 155
 4.3.2 定置用燃料電池大規模実証事業(平成17〜19年度) 161
 4.3.3 各社の対応状況 162
 4.3.4 定置用燃料電池大規模実証事業の運転評価データ 164
 4.3.5 国土交通による実証テスト 169

第5章 特許からみた燃料電池の要素技術
171
5.1 はじめに 171
5.2 Nafion系高分子電解質膜(DUPONTの特許公開公報より) 172
 5.2.1 フッ素化共重合体とその重合 173
 5.2.2 フッ素化共重合体の溶剤 176
 5.2.3 フッ素化共重合体フィルムとその製造並びに修復方法 178
 5.2.4 フッ素化共重合体の放射線照射による改質 181
5.3 フッ素化共重合体の強化の例 190
 5.3.1 フッ素化共重合体の改質 繊維複合化(旭硝子の特許公開公報より) 190
 5.3.2 フッ素化共重合体の改質 細孔体への充填(旭硝子の特許公開公報より) 192
 5.3.3 フッ素化共重合体の改善 延伸と熱固定(旭化成の特許公開公報より) 198
5.4 炭化水素系 電解質膜の例(日立電線の特許公開公報より) 200
5.5 電極触媒層、MEA 202
 5.5.1 電極触媒層(旭化成の特許公開公報より) 202
 5.5.2 電極触媒層、MEA(旭硝子の特許公開公報より) 204
5.6 セパレータ 207
 5.6.1 カーボン成型体の例(昭和電工の特許公開公報より) 207
 5.6.2 ステンレス系セパレータの例(住友金属の特許公開公報より) 212

第6章 特許からみた携帯用燃料電池開発企業の技術
221
6.1 はじめに 221
6.2 補機使用しないDMFCの例(日立の特許公開公報より) 221
6.3 高濃度メタノール使用DMFCの例(東芝の特許公開公報より) 227
 6.3.1 反応生成水を希釈に利用した高濃度メタノール使用 DMFC 227
 6.3.2 二次電池を併置するDMFCの動作制御 231
6.4 CNTタイプ(日本電気の特許公開公報より) 240
6.5 改質器組み込みPEFC(カシオの特許公開公報より) 242
 6.5.1 全体システム 242
  (1) 燃料貯蔵モジュール 242
  (2) 発電モジュール 243
 6.5.2 改質器 244
 6.5.3 発電装置の動作 249
 6.5.4 触媒層の作成 251
  (1) 改質反応器42に配される触媒70の製造方法 251
   ・調製・沈殿工程 251
   ・濾過・洗浄工程 251
   ・乾燥・焼成工程 251
   ・還元工程 251
  (2) 触媒の小型反応器マイクロ流路への2つの充填方法 252
   ・第1の充填方法 252
   ・第2の充填方法 253
6.6 水素吸蔵合金カートリッジ使用PEFC(キヤノンの特許公開公報より) 255
 6.6.1 燃料電池の構成 255
 6.6.2 作動の説明 257
 6.6.3 作用説明 258
 6.6.4 燃料電池全体の作動 259
 6.6.5 フローチャート 259

第7章 特許から見た定置形燃料電池の技術
261
7.1 はじめに 261
 7.1.1 改質部 261
 7.1.2 定置形燃料電池システム 261
 7.1.3 定置形燃料電池の制御システム 262
   
7.2 改質器例(東京瓦斯の特許公開公報より) 262
7.3 改質器および燃料電池 システム例(新日本石油の特許公開公報より) 263
 7.3.1 バーナ 263
  (1) バーナ 263
   ・通常のバーナを用いる例 263
   ・触媒支援燃焼器を用いる例 265
   ・表面燃焼バーナと触媒燃焼とを用いる例 265
  (2) 表面燃焼バーナ 267
  (3) 触媒燃焼部 267
  (4) 容器 268
  (5) 燃焼用燃料等 268
 7.3.2 改質器 268
  (1) 改質器 268
   ・水蒸気改質反応 268
   ・自己熱改質反応 268
  (2) 水素製造用原料 269
 7.3.3 シフト反応器 269
 7.3.4 選択酸化反応器 269
 7.3.5 水素含有ガスの組成 270
 7.3.6 触媒形状 270
7.4 脱硫器を持つ燃料電池 システム例(出光興産の特許公開公報より) 270
 7.4.1 脱硫器を利用した固体高分子型燃料電池システム 270
 7.4.2 脱硫器とその中でのLPGの流れ 272
7.5 運転停止時パージ不要の燃料電池システム例(荏原バラードの特許公開公報より) 274
 7.5.1 燃料電池発電システム 274
 7.5.2 燃料処理装置 275
  (1) 燃料処理装置 275
  (2) 燃料電池停止時の制御機構 277
 7.5.3 燃料電池 278
 7.5.4 制御装置 278
 7.5.5 燃料処理の構造 279
  (1) 燃料処理装置 279
  (2) 改質用水流路 281
  (3) 第2改質用水流路 281
  (4) 改質原料流路 281
  (5) 外気導入流路 281
 7.5.6 温度測定器 282
 7.5.7 電気ヒーター 282
 7.5.8 定常運転時の状態 282
 7.5.9 運転停止時の機器の動作 283
  (1) 外気導入流路の閉止バルブの開閉動作 284
   ・(タイマー法) 284
   ・(圧力検出器法) 285
   ・(圧力検出器法 第2の設定圧力) 285
   ・(圧力検出器法 第3、第4の設定圧力) 286
  (2) 電気ヒーターの入切動作 287
引用文献リスト 291
略号対照表 295

□ このページのトップへ
□ 環境・エネルギー分野の目次へ

Copyright 2007 TORAY RESEARCH CENTER, Inc.