燃料電池は、未来のエネルギーとして注目されています。電池という名称がついていますが、従来の電池のように電気を蓄えて保存するのではなく、発電設備として働きます。この記事では、燃料電池の仕組みについて、できるだけ分かりやすく紹介しています。
燃料電池の仕組み
燃料電池は燃料となる、水素と酸素の化学反応によって電気を発生させる装置です。
燃料電池は、普通の電池のように、電気を蓄えて保存する役目はしません。
燃料電池は、水の電気分解とは反対の化学反応による水素と酸素の結びつきで、電気を発生させる発電設備として働きます。
この時、電気エネルギーとともに生じる水は廃液です。
水の電気分解
水の電気分解は、水に電気を通した時に、水素ガスと酸素ガスを生じる現象のことです。
簡単な実験では、水に電気が流れやすくするために水酸化ナトリウムを入れて行います。陽極と、陰極間に電気を流すと、水素ガスと酸素ガスが発生します。
燃料電池は何故、注目されているの？
燃料電池は、従来の発電システムに比べて、効率良く電気エネルギーに変換するため、未来のエネルギーシステムとして視線が注がれています。
では、何故、従来のエネルギーシステムは効率が悪いのでしょうか。
従来の発電システムに比べて高効率の理由
従来の発電システムとは、水力発電や火力発電のことです。
例えば、水力発電では、水をダムに溜めて、水の位置エネルギーで発電機のタービンを回転させます。そして、この運動エネルギーから電気エネルギーを取り出します。
火力発電では、燃料を燃やして、水を沸騰させて発生した蒸気の熱エネルギーで、タービンを回転させています。そして、タービンの運動エネルギーから電気を取り出します。
このように、従来の発電システムは、電気は運動エネルギーや熱エネルギーから電気エネルギーに変換される時に作られます。
従来の発電システムは、変換される度に、エネルギー損失が発生してしまうため、効率は損なわれます。
原子力発電でさえ、核エネルギーから発生した蒸気で、タービンを回す運動エネルギーを得ることで電気を作ります。
これに対して、化学変化で直接電気を起す燃料電池は、発電効率が高いことが分かるでしょう。
燃料電池の特徴
燃料電池には、つぎのような特徴があります。
- 環境汚染物質は殆ど排出されない。
- 騒音や振動が少ない。
燃料電池のデメリット
まだ、開発途上の技術のため、低コスト化、電池寿命の延伸、信頼性の向上などの課題は残されています。
燃料電池の用途
燃料電池が使われる用途は広く、家庭用の給湯器、電気自動車、モバイルのバッテリーなど、また工場や発電所、大型ビル等、あらゆるシーンで使われると考えられます。
まとめ
燃料電池には、電池という名称が入っているため、従来の電池と比較してしまいます。ところが、燃料電池は、電気を蓄えて保存する役目はしません。
燃料電池は、水の電気分解とは反対の化学反応による水素と酸素の結びつきで、電気を発生させる発電設備として働きます。
燃料電池は、未来のエネルギーとして注目されているもので、まだ開発中ですが、世界中が競っている技術です。
