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イチバンやさしい理工系
「燃料電池」のキホン』概要 本間琢也・上松宏吉

 燃料電池は当初、人工衛星など宇宙開発で使われましたが、地上では電気と熱を供給するコージェネレーションや自動車用動力源として、生活に身近な存在になりました。家庭用燃料電池は2009年に商用機が発売され、燃料電池自動車は2015年ごろから普及期に入ると予想されています。これからの社会は、電力に熱を加えたトータルで効率の高い、そして環境負荷の低いエネルギーインフラを実現しなければなりません。それには、燃料電池とともに水素が大きな役割をはたす「水素エネルギー社会」が1つの"解"になります。本書は、初めて燃料電池を学ぶ人を対象に、できるだけやさしく解説しました。このシンプルな発電のアイデアは、あなたに刺激をもたらすことでしょう。

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水素と酸素から高い効率で電気をつくる!
『「燃料電池」のキホン』
著者:本間琢也(ほんまたくや)/上松宏吉(うえまつ ひろよし)
価格:1500円+税 色数:オールカラー
刊行:2010年8月 ISBN:978-4-7973-5803-2

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<著者>
本間琢也(ほんまたくや)
大阪府生まれ。1957年に京都大学大学院工学研究科修士課程修了。通産省電子技術総合研究所(現産業技術総合研究所)に入所以来、エネルギー工学の研究に従事。1970年同所エネルギー変換研究室長。1979年筑波大学教授。1993年新エネルギー産業技術総合開発機構(NEDO)理事、筑波大学名誉教授。1997年燃料電池開発情報センター常任理事、2005年同所顧問。『燃料電池入門講座』(電波新聞)、『水素・燃料電池ハンドブック』(オーム社)など著書多数。
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上松宏吉(うえまつ ひろよし)
1940年、神奈川県生まれ。法政大学工学部経営工学科を卒業。1962年に現在の株式会社IHIに入社。LNG冷熱発電、石炭ガス化、燃料電池(燃料電池プロジェクト部長)に携わり、2000年に丸紅テクニカルコーディネータ、2001年に有限会社エフシーテック代表取締役、2007年からコンサルタントを始める。著書に、『燃料電池発電システムと熱計算』、『水素・燃料電池ハンドブック』(共著)、『エネルギー用語辞典』(共訳)(いずれもオーム社)などがある。
>>著書/監修書一覧

<目次>
第1章 燃料電池とはなにか
 001 燃料電池は電気分解とは逆に水素と空気を使って発電する
 002 燃料電池は電気化学的反応で燃料から直接電気をつくる
 003 自然には水素が単独で存在しないため化石燃料を改質するのが一般的
 004 燃料電池は低温動作や小規模でも高い発電効率を実現する
 005 発電単位のセルは、電極、電解質、セパレータ、外部回路からできている
 006 セルの電力量や電圧はギブズの自由エネルギーの減少量によって計算できる
 007 燃料電池の発電効率を求めるには熱力学的なエネルギー関数を使う
 008 電流は電極における反応速度によって決まる
 009 電流を増やすと電極間の電圧は下がる
 010 電極には気体分子、触媒、電解質が接触する3相界面が形成される
 011 単セルの電圧は1V程度なので積層したスタック構造で高電圧を実現
 012 燃料電池を構成するシステムにはいくつものコンポーネントが必要
 013 化石燃料から水素をつくる燃料処理装置の「改質」プロセス
 014 実証実験の成果が「エネファーム」に結実 家庭用燃料電池システムが商用化を迎える
 015 世界初の燃料電池はウィリアム・グローブの水の電気分解用実験装置だった
 016 地上での利用を目指した燃料電池の開発の軌跡
 017 燃料電池は使われる電解質の種類によって区別される
 018 高出力でも安価なアルカリ形燃料電池は宇宙開発や人工衛星で使われる
 019 リン酸形燃料電池は中容量のコージェネレーションプラントで使われる
 020 燃料電池の低温型と高温型ではそれぞれに異なった特性がある
 021 溶融炭酸塩形燃料電池の動作原理とその特徴
 022 固体酸化物形燃料電池はセラミックス構造体でつくられる
 023 固体酸化物形燃料電池では天然ガスも燃料として直接導入できる
 024 固体酸化物形燃料電池の円筒形は強度が保たれて割れにくい
 025 固体高分子形燃料電池は、水の適正な管理が重要
 026 メタノール燃料電池は直接メタノールを反応させ、携帯機器用電源に使う
 027 ヒドラジン燃料電池は歴史もあり、カーボンフリーで注目されている
 COLUMN 燃料電池セルの動作

第2章 燃料電池と二次電池ではどこが違う?
 028 燃料電池は発電機能をもち、二次電池は電気を蓄える
 029 充放電時の電極反応と活物質の変化
 030 二次電池の電解質中にイオンのみを通過させる隔壁がある
 031 ダニエル電池の電気化学反応のプロセスを追跡する
 032 鉛蓄電池の放電では二酸化鉛と鉛が硫酸鉛と水に転換される
 033 充電とは放電した活物質を電気分解によってもとに戻すこと
 034 二次電池の性能や特性を表す独特な評価指標
 035 反応の式から理論エネルギー密度を計算してみよう
 036 実電池のエネルギー密度は理論値よりも低くなる
 037 ニッケル水素電池の充放電反応と二次電池における発展の経緯
 038 電気自動車の開発で注目を集めるリチウムイオン電池
 039 リチウムの特性とリチウム系電池
 040 リチウムイオン電池の充放電動作と特徴
 041 リチウムイオン電池の発火事故と安全対策
 042 スマートグリッド(次世代電力網)を支える大容量蓄電池
 043 活物質をすべて外部に蓄えるレドックスフロー電池
 COLUMN 燃料電池も二次電池も酸化還元反応が基本

第3章 生活に深くかかわる家庭用燃料電池
 044 家庭用燃料電池の普及推進はオール電化に対抗する発想から
 045 固体高分子形が選ばれた理由は産学官連携プロジェクトの実績から
 046 燃料電池の発電はベース電力の供給に向いている
 047 定格出力が1kWに設定されたのは電力と熱に対する需要量の比率から
 048 電力需要は冬と夏が高くて、熱の需要は夏に低くなる
 049 家庭用燃料電池での物質、熱、電気の流れ
 050 システム内における空気と水の流れを追跡する
 051 熱の流れを追跡する 排熱回収系の役割
 052 家庭用燃料電池は、安全で安心、長く使えることが条件
 053 家庭用燃料電池の進化を考える
 054 中温動作型燃料電池の開発例
 055 固体酸化物形燃料電池を家庭で利用するメリット
 056 家庭用の固体酸化物形燃料電池における問題点

第4章 生活や経済活動に欠かせない自動車への利用
 057 燃料電池自動車(FCV)とはどんな自動車?
 058 燃料電池自動車に積み込む燃料はなにか
 059 自動車に高圧水素ガスを搭載する方法
 060 液体水素や水素吸蔵合金による貯蔵の問題点
 061 燃料電池自動車に水素を供給する水素ステーション
 062 燃料電池自動車が要求する水素とは?
 063 水素ステーションのシステム構成
 064 燃料電池自動車の環境性能と効率を評価する方法
 065 水素は危険? 燃料電池自動車の安全性について
 066 燃料電池自動車の歴史と発展の経緯
 067 燃料電池自動車を普及させるために克服すべき課題
 068 自動車以外の移動体にも考えられる燃料電池の利用
 069 自動車の将来像を考える
 COLUMN 自動車用燃料電池はコンパクトな固体高分子形

第5章 ユビキタス社会を支える携帯機器用電源
 070 固体高分子形とメタノール燃料電池の性能上の相違点
 071 メタノールのクロスオーバーと呼ばれる現象とは?
 072 メタノール燃料電池の性能を改善するための試み
 073 クロスオーバーを抑制する新しい電解質膜の例
 074 モバイル用メタノール燃料電池システムの構造
 075 アクティブ型とパッシブ型を選択するポイント
 076 モバイル用固体高分子形燃料電池も試作されている
 077 モバイル用メタノール燃料電池の開発の歴史
 078 メタノールが社会に広く普及したときの問題点
 COLUMN 家庭用燃料電池は電力系統と連系運転

第6章 業務用燃料電池について調べてみよう
 079 業務用燃料電池はどんな用途に使われる?
 080 業務用市場でスタートしたリン酸形燃料電池
 081 リン酸形燃料電池の開発と市場開拓の歴史
 082 食品廃棄物や生ゴミは有効なエネルギー資源
 083 生ゴミから電気をつくりだす燃料電池
 084 廃棄物系バイオマスのエネルギー利用に使われる溶融炭酸塩形
 085 第3世代燃料電池と称された固体酸化物形燃料電池
 086 高温型燃料電池に使用できる燃料の範囲は広い
 087 高温型燃料電池とガスタービン発電を組み合わせた高効率発電
 COLUMN 業務用には各種の燃料電池が登場

第7章 スマートエネルギーネットワークと水素エネルギー社会
 088 水素エネルギー社会のイメージ
 089 水素とはどんな物質?
 090 近未来のエコ生活を想像してみよう
 COLUMN スマートエネルギーネットワークと水素エネルギーシステム


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