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燃料電池の仕組み|従来の発電システムに比べて高効率の理由

水素ステーションの看板

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、燃料電池の仕組みを、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。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。

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には、水力発電や火力発電などがあります。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、タービンの運動エネルギーから電気を取り出します。

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が、変換される度に、エネルギー損失が発生するため、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で、電気ができています。

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る。

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ています。

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。

未来のエネルギーとして注目されていて、開発中ですが、世界中が競っている技術です。

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iyasaretaihito
子どもの時から、昆虫や恐竜、宇宙などに興味がある理科大好きな理系人間です。 会社は半導体設計関連会社に勤務して、60歳で定年退職後は趣味に没頭する、のん気なおじさんです。