燃料電池の本格実用化最前線
−燃料電池開発の現状と課題−


　燃料電池は発電と同時に熱も発生するため、新しい効率の高いエネルギーシステムとして、幅広い用途への実用化と普及が急速に進んでいる。燃料電池は、原理、方式、材料の組み合わせで広範な分野に関係があり、参画している機関・企業も広くかつ多い。
　本調査レポートでは、りん酸形、溶融炭酸塩形、固体酸化物形、固体高分子形、ダイレクトメタノール形の主要燃料電池の最新技術動向を中心に以下の点に配慮しまとめたものである。

　○主要燃料電池について性能、技術開発動向を調査！
　○実用化の課題およびその対応について整理！
　○分野別応用製品の詳細について紹介！
　○燃料電池関連材料や部材にも言及！
　○燃料電池の燃料の種類と燃料インフラ整備について関連性を整理！
　○主要機関・企業の動向、国内外のプロジェクト等について最新情報を詳述！



　　 □体裁　A4判　282ページ
　　 □税込価格　 71,400円
　　 □送料　弊社負担
　　 □発行　2003.10

章 目 次

第1章　序論
第2章　燃料電池応用製品(1)　電力発電用燃料電池
第3章　燃料電池応用製品(2)　定置用高分子電解質型燃料電池(PEFC)
第4章　燃料電池応用製品(3)　燃料電池自動車
第5章　燃料電池応用製品(4)　−ダイレクトメタノール電池(DMFC)および小型携帯機器用電池
第6章　燃料電池関連材料・部品技術
第7章　燃料電池用燃料
第8章　燃料電池実用化のインフラ整備
第9章　日本および外国の燃料電池実用化推進プロジェクト
第10章　燃料電池の課題と展望

詳 細 目 次

  頁

第1章　序論		 1
1.1　燃料電池の原理 1
　1.1.1　燃料電池の熱力学 1
　1.1.2　熱機関の効率の限界を決めているカルノー・サイクル 5
　1.1.3　燃料電池の効率 6
　1.1.4　燃料電池の損失(分極) 8
　　(1)　拡散分極 8
　　(2)　活性化分極 8
　　(3)　抵抗分極 9
　1.1.5　燃料電池システムの効率 10
1.2　燃料電池開発の背景 11
1.3　燃料電池の種類とその特徴 12
　1.3.1　PAFC(リン酸型燃料電池　Phosphoric Acid Fuel Cell) 14
　1.3.2　MCFC(溶融炭酸塩型燃料電池　Molten Carbonate Fuel Cell) 15
　1.3.3　SOFC(固体酸化物型燃料電池　Solid Oxide Fuel Cell) 16
　　(1)　高温動作であるメリット 16
　　(2)　SOFCの材料 17
　　(3)　SOFCの形状 18
　1.3.4　PEFC(固体高分子型燃料電池) 18
　1.3.5　DMFC(ダイレクトメタノール型　Direct Methanol Fuel Cell) 20
1.4　特許出願からみた燃料電池の技術開発 21
1.5　燃料電池の市場 26
　1.5.1　日本のエネルギー消費の構成 26
　1.5.2　燃料電池の環境特性とコスト 27
　1.5.3　各社の動向 33
1.6　文献リスト（第1章関係） 38

第2章　燃料電池応用製品(1)　電力発電用燃料電池		 39
2.1　りん酸形燃料電池(PAFC)　 39
　2.1.1　PAFC　 39
　2.1.2　PAFCに関する最近1年間の主なニュース　 48
　　(1)　富士電機製出力100kWPAFCを2基、山形市下水道浄化センターへ導入 48
　　(2)　富士電機と鹿島　神戸市ポートアイランドでのPAFC運転実験 48
2.2　溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC) 49
　2.2.1　MCFC　 49
　　(1)　MCFCの性能と耐久性　 58
　　(2)　MCFC発電の今後　 59
　2.2.2　MCFCに関する最近1年間の主なニュース 60
　　(1)　石川島播磨重工業　 60
　　(2)　MCFC研究組合　 60
　　(3)　中部電力、2005年日本国際博覧会で300kW級MCFC 61
　　(4)　トヨタ自動車　元町環境センターでMCFC実証実験を開始 61
　　(5)　ファーストエスコ“グリーンオンサイト事業” 61
　　(6)　Fuel Cell Energy社と丸紅　 62
2.3　固体酸化物形燃料電池(SOFC) 62
　2.3.1　SOFC　 62
　　(1)　SOFC要素技術の研究開発状況 62
　　(2)　SOFCの開発動向　 65
　　(3)　低温型SOFC 71
　2.3.2　SOFCに関する最近1年間の主なニュース 73
　　(1)　電源開発　EAGLE 73
　　(2)　三菱重工業、電源開発、中部電力 74
　　(3)　住友商事、アキュメントリクス社のSOFC国内販売権 75
　　(4)　NKK(現・JFEホールディングス)とシーメンスウエスチングハウス 76
　　(5)　東邦ガス 77
　　(6)　ファインセラミックスセンター 77
　　(7)　産業技術総合研究所と名古屋大学、セリア系酸化物電解質 77
　　(8)　BMW、水素自動車の補助動力源にSOFC 78
2.4　文献リスト（第2章関係） 79

第3章　燃料電池応用製品(2) 定置用高分子電解質型燃料電池(PEFC)		 80
3.1　高分子電解質形燃料電池(PEFC) 80
3.2　家庭用据置型PEFC　 84
3.3　その他のPEFC　 92
3.4　PEFC(FCV用以外)に関する最近1年間の主なニュース 93
　3.4.1　日本ガス協会、出力1kW級家庭用PEFC実証実験 93
　3.4.2　LPガス振興センター、LPガスPEFCシステム開発　 95
　3.4.3　大阪ガス　 95
　3.4.4　東京ガス 96
　3.4.5　トヨタ自動車、アイシン精機 97
3.5　文献リスト(第3章関係) 98

第4章　燃料電池応用製品(3)　燃料電池自動車		 99
4.1　FCVの開発状況 99
4.2　燃料電池乗用車(FCV) 104
4.3　燃料電池バス(FCV-BUS) 116
4.4　その他のFCV 117
　4.4.1　その他のFCV 117
　4.4.2　補助動力としてのFC使用　 118
4.5　公道走行実験　 119
　4.5.1　日本のFCV共同実証試験 119
　4.5.2　米国のFCV実証試験CaFCP　 119
　4.5.3　欧州のFCバスの実証試験CUTE　 119
4.6　FCV関係の最近のニュース 120
　4.6.1　日本電動車両協会(JEVA)　実証試験開始 120
　4.6.2　日本自動車研究所(JARI) 120
　4.6.3　トヨタ　 120
　4.6.4　ホンダ　 121
　4.6.5　日産自動車　 122
　4.6.6　三菱自動車　 123
　4.6.7　ダイハツ工業　 123
　4.6.8　GM　 123
　4.6.9　ダイムラークライスラー 124
　4.6.10　東邦ガス、充電式電気自動車を試作 124
　4.6.11　西部ガス、FCカート車導入 125
　4.6.12　海洋科学技術センターの深海巡航探査機“うらしま” 125
4.7　文献リスト(第4章関係) 126

第5章　燃料電池応用製品(4)		 127
−ダイレクトメタノール電池(DMFC)および小型携帯機器用電池 127
5.1　ダイレクトメタノール燃料電池(DMFC)　 127
5.2　携帯機器用DMFC　 131
　5.2.1　概要　 131
　5.2.2　東芝　 137
　5.2.3　日立製作所　 138
　5.2.4　NEC　カーボンナノホーン電極燃料電池内蔵のノートPC 139
　5.2.5　Smart Fuel Cell社の“Mobile power of system” 140
5.3　その他の携帯機器用燃料電池　 141
　5.3.1　カシオ計算機の「小型高性能燃料電池」 141
　5.3.2　工学院大学のボロハイドライド燃料電池 143
　5.3.3　ソニー　 144
　5.3.4　産業総合技術研究所の小型燃料電池　 145
5.4　最近のニュース　 145
　5.4.1　YUASAの小型電源 145
　5.4.2　独Smart Fuel Cell社 145
　5.4.3　Mechanical Technology社 146
　5.4.4　カシオ計算機 146
　5.4.5　東芝、日立 147
　5.4.6　東京大学 147
　5.4.7　武蔵工大　 148
　5.4.8　東京都立大学　 148
　5.4.9　水素エネルギー研究所と工学院大学　 148
　5.4.10　地球環境産業技術研究機構(RITE) 149
　5.4.11　産業総合技術研究所関西センター 149
　5.4.12　ケースウエスタンリザーブ大学 149
5.5　文献リスト(第5章関係)　 150
第6章　燃料電池関連材料・部品技術 151
6.1　燃料電池の構成　 151
6.2　特許出願から見た燃料電池技術 152
6.3　膜材料　 154
　6.3.1　NafionTM　 155
　6.3.2　NafionTM膜中水分の動き　 159
　6.3.3　NafionTMの問題点とその解決法 162
　6.3.4　白金高分散自己加湿電解質膜　 166
　6.3.5　PEM空隙部への高分子フィラー充填でクロスオーバー抑止 167
　6.3.6　耐熱性のある多孔質層に高分子電解質を充填 169
6.4　触媒 171
　6.4.1　概要 171
　6.4.2　アノード用触媒 172
　6.4.3　カソード用触媒　 174
6.5　型枠(セパレーター)　 175
6.6　水素吸蔵材料等　 179
　6.6.1　水素吸蔵合金 179
　6.6.2　水素透過膜　 179
　6.6.3　カーボンナノチューブ　 180
6.7　水素用高圧ボンベ 182
6.8　最近のニュース 183
　6.8.1　電解質膜 183
　　(1)　大阪府立大学大学院　130℃以上の耐熱性電解質膜を開発 183
　　(2)　原研　スルフォン化スチレン鎖を導入したフッ素樹脂膜開発 184
　　(3)　バラードパワーシステムズと荏原 184
　　(4)　大阪市立工業研究所　PEFC用カソード電極を開発 184
　　(5)　旭硝子　高強度フッ素系イオン交換膜を開発　 185
　　(6)　三菱レイヨン　PEFC用ガス拡散層量産化技術を開発 185
　　(7)　筑波大学　 186
　　(8)　東レ　 186
　6.8.2　触媒　 186
　　(1)　トヨタ 186
　　(2)　千葉大学　ナノサイズのカプセル形白金微粒子を開発　 187
　　(3)　横浜国立大学　 187
　6.8.3　セパレータ　 187
　　(1)　大日本インキ化学工業　 187
　　(2)　ユニチカ　 188
　　(3)　FJコンポジット 188
　　(4)　東海カーボン　 188
　　(5)　川崎製鉄　 188
　　(6)　スリーボンド 189
6.9　文献リスト(第6章関係)　 190

第7章　燃料電池用燃料		 191
7.1　水素　 191
　7.1.1　概要　 191
　7.1.2　新日鐵等　製鉄プロセスからの高効率水素製造技術開発 192
　7.1.3　神鋼パンテック　高効率水電解水素発生装置を開発 193
7.2　炭化水素の改質　 194
　7.2.1　メタン、天然ガスおよびLPG 194
　7.2.2　ガソリン、灯油の改質　 197
　7.2.3　メタノール改質　 200
7.3　合成炭化水素の改質 201
7.4　ハイドライド　 203
　7.4.1　液体ハイドライド 204
　7.4.2　固体水素化物　 207
7.5　燃料電池用の燃料 209
　7.5.1　重量当たり、体積当たりの水素量　 209
　7.5.2　エネルギー効率での比較 211
　7.5.3　各種原料の供給能力　 213
　7.5.4　コスト比較　 214
7.6　最近のニュースから 215
　7.6.1　ウチヤ・サーモスタット　高純度水素供給装置サンプル出荷　 215
　7.6.2　フラーレン　水電解型水素発生装置を開発　 216
　7.6.3　静岡大学と電線総合技術センター　有機廃棄物の超臨界水処理で水素 216
　7.6.4　ウイスコンシン大学　間伐材や製紙工場の廃液から水素　 216
　7.6.5　NKK　収束衝撃波利用で廃プラから水素 216
　7.6.6　オクト　酸性液とマグネシウムによる水素製造器　 217
　7.6.7　東京工業大学　鉄と水蒸気で水素を生成　 217
　7.6.8　早稲田大学　放電によって水素生成　 217
　7.6.9　千葉工大　メタンをマイクロ波プラズマ処理して水素を生成　 217
　7.6.10　ジャパンエナジー/北大　有機ハイドライドの実用化で共同研究　 218
　7.6.11　積水化学工業等　有機ハイドライド噴霧式高速水素発生装置実証実験 218
　7.6.12　産総研とNOK　有機ハイドライドから水素回収法　 218
　7.6.13　東京理科大　デカリンによる水素供給で大学発ベンチャー 219
　7.6.14　日本ガス協会　都市ガス水蒸気改質装置を開発 219
　7.6.15　エア・ウオーター　10分以内で起動可能なLPガス改質装置開発 220
　7.6.16　川崎重工業　起動時間10分の天然ガス改質器 220
　7.6.17　大阪ガス　天然ガス改質装置発売 220
　7.6.18　東洋ラジエータ　内熱式水蒸気改質技術を開発 220
　7.6.19　住友精化　水素製造装置を開発 222
　7.6.20　大阪ガスとズードケミーグループ　次世代触媒を両社が共同開発 222
　7.6.21　出光興産　灯油脱硫剤を開発 222
　7.6.22　中部電力とノリタケカンパニー　水素分離膜開発 …　 223
　7.6.23　ディーエムイーインターナショナル 223
　7.6.24　千代田化工建設、三菱重工業等　GTLプラントの商談　 224
　7.6.25　IHIと日商岩井とサソールテクノロジー 224
　7.6.26　サソール社とエンゲルハルド社 224
　7.6.27　大阪ガス　DME対応の家庭用定置型FCを開発 225
　7.7　文献リスト(第7章関係)　 226

第8章　燃料電池実用化のインフラ整備		 227
8.1　燃料電池用燃料供給インフラ　7 227
　8.1.1　燃料供給のインフラ　 227
　8.1.2　都市ガス、プロパンガス、ブタンガス　 227
　8.1.3　ガソリン、灯油など液体燃料　 228
　8.1.4　FCV用の水素スタンド−水素製造・保管・供給システムの意義 228
　8.1.5　我が国の水素ステーション実証事業　 237
　　(1)　エンジニアリング振興協会　水素ステーション実証設備　 237
　　(2)　大阪、天然ガス型　 238
　　(3)　横浜・鶴見区、副生水素を利用したオフサイト方式 238
　　(4)　エンジニアリング進行協会の燃料電池自動車用水素供給設備　 238
8.2　規制緩和　 239
8.3　規格整備　 246
8.4　最近のニュースから　 247
　8.4.1　首都圏の5箇所に水素ステーション　 248
　8.4.2　規制緩和−“FC実用化に向けた連絡会議”設置（政府） 248
　8.4.3　大気汚染防止法関係の規制緩和（環境省）　 248
　8.4.4　電気事業法関係の規制緩和（経済産業省）　 249
　8.4.5　建築基準法関係の規制緩和（国土交通省）　 249
　8.4.6　消防法関係の規制緩和（総務省・消防庁）　 250
　8.4.7　資源エネルギー庁　安全性評価試験事業　 250
　8.4.8　国土交通省　FCV実用化促進プロジェクトおよびFCV実用化促進会議　 250
　8.4.9　原子力安全・保安院　水素スタンド技術実証項目を公表 251
　8.4.10　高圧ガス保安協会　水素圧力容器等の基準指針 251

第9章　日本および外国の燃料電池実用化推進プロジェクト		 252
9.1　日本の燃料電池実用化推進施策 252
　9.1.1　ムーンライト計画、ニューサンシャイン計画 252
　　(1)　りん酸型燃料電池(PAFC)　 254
　　(2)　溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)　 255
　　(3)　固体高分子型燃料電池(PEFC)　 255
　9.1.2　ミレニアム/プロジェクト 255
　9.1.3　燃料電池実用化への各省の取組み 256
　　(1)　燃料電池実用化戦略研究会　 256
　　(2)　燃料電池実用化推進協議会　 256
　　(3)　経済産業省　 256
　　(4)　環境省　 256
　　(5)　農林水産省　 257
　9.1.4　副大臣　燃料電池プロジェクトチーム　 257
　　(1)　2005年まで−基盤整備、技術実証段階　 257
　　(2)　2005〜2010年−導入段階　 258
　　(3)　2010年以降−普及段階　 258
9.2　米国の燃料電池実用化推進施策 262
　9.2.1　りん酸型燃料電池　 262
　9.2.2　Partnership for a New Generation of Vehicles (PNGV) 262
　9.2.3　California Fuel Cell Partnership (CaFCP)　 262
　9.2.4　Freedom Cooperative Aitomotive Research Partnership (FreedomCAR) 263
　9.2.5　Freedom FUEL 263
9.3　欧州の燃料電池実用化推進施策　 263
　9.3.1　EUのFP3〜6　 263
　9.3.2　EU各国の動き 264
9.4　その他の諸国の燃料電池実用化推進施策　 264
9.5　最近のニュースから　 264
　9.5.1　日本国内の動き 264
　　(1)　トヨタ自動車とホンダ、FCVを政府に納車 264
　　(2)　FCVの早期実用化方針(小泉首相) 264
　　(3)　FCプロジェクトチーム(副大臣会議)　 265
　　(4)　開発戦略・方針　 266
　　(5)　予算　 267
　　(6)　FCV　実証実験 268
　　(7)　FCV導入支援策 268
　　(8)　FCハイブリッドバス“FCHV-BUS1” 269
　　(9)　道路管理用FCV 270
　　(10)　定置式PEFC導入に関する実証研究 270
　　(11)　北海道で“環境循環型FC活用社会形成モデル事業” 271
　　(12)　地方自治体−東京都 272
　　(13)　地方自治体−北海道 273
　9.5.2　米国の動き 273
　9.5.3　欧州の動き 275

第10章　燃料電池の課題と展望		 277
図表とその出典 279

付録1　頻出略号		 （1）
付録2　燃料電池資料リスト （2）
付録3　燃料電池関連機関・企業のURL （9）
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