金属水素化物燃料電池のソースを表示

[[File:P1010010-Cropped.jpg|リンク=https://en.wikipedia.org/wiki/File:P1010010-Cropped.jpg|サムネイル|1.5kW金属水素化物燃料電池スタック]]
'''金属水素化物燃料電池'''とは、[[水素化合物|金属水素化物]]を利用した[[水素貯蔵]]能力を利用した[[燃料電池]]である。

[[研究開発]]が進められている[[燃料電池#アルカリ電解質形燃料電池 (AFC)|アルカリ燃料電池]]のサブクラスであり<ref>{{Cite journal|last1=Chartouni|first1=D.|last2=Kuriyama|first2=N.|last3=Kiyobayashi|first3=T.|last4=Chen|first4=J.|date=2002-09-01|title=Metal hydride fuel cell with intrinsic capacity|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319901001860|journal=International Journal of Hydrogen Energy|volume=27|issue=9|pages=945–952|language=en|doi=10.1016/S0360-3199(01)00186-0|issn=0360-3199}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Wang|first1=Chunsheng|last2=Appleby|first2=A. John|last3=Cocke|first3=David L.|date=2004|title=Alkaline Fuel Cell with Intrinsic Energy Storage|journal=Journal of the Electrochemical Society|volume=151|issue=2|pages=A260|bibcode=2004JElS..151A.260W|doi=10.1149/1.1640627}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Wang|first1=X.H.|last2=Chen|first2=Y.|last3=Pan|first3=H.G.|last4=Xu|first4=R.G.|last5=Li|first5=S.Q.|last6=L.X.|first6=Chen|last7=Chen|first7=C.P.|last8=Wang|first8=Q.D.|date=20 December 1999|title=Electrochemical properties of Ml(NiCoMnCu)5 used as an alkaline fuel cell anode|journal=Journal of Alloys and Compounds|volume=293-295|pages=833–837|doi=10.1016/S0925-8388(99)00367-9}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Tanaka|first1=H.|last2=Kaneki|first2=N.|last3=Hara|first3=H.|last4=Shimada|first4=K.|last5=Takeuchi|first5=T.|date=April 1986|title=La—Ni system porous anode in an alkaline fuel cell|journal=The Canadian Journal of Chemical Engineering|volume=64|issue=2|pages=267–271|doi=10.1002/cjce.5450640216}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Lee|first1=S.|last2=Kim|first2=J.|last3=Lee|first3=H.|last4=Lee|first4=P.|last5=Lee|first5=J.|date=29 March 2002|title=The Characterization of an Alkaline Fuel Cell That Uses Hydrogen Storage Alloys|journal=Journal of the Electrochemical Society|volume=149|issue=5|pages=A603|bibcode=2002JElS..149A.603L|doi=10.1149/1.1467365}}</ref>、稼働中のシステムでのスケールアップに成功した<ref name=":1">{{cite journal|last1=Fok|first1=Kevin|last2=English|first2=Nathan|last3=Privette|first3=Robert|last4=Wang|first4=Hong|last5=Wong|first5=Diana|last6=Lowe|first6=Timothy|last7=Madden|first7=Paul|date=October 2008|title=Powering Up Metal Hydride Fuel Cells for Military Applications|url=http://fcse.confex.com/fcse/2008/webprogram/Session1019.html|journal=Fuel Cell Seminar & Exposition 2008|access-date=22 March 2020}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Lototskyy|first1=Mykhaylo|last2=Tolj|first2=Ivan|last3=Pickering|first3=Lydia|last4=Sita|first4=Cordellia|last5=Barbir|first5=Frano|last6=Yartys|first6=Volodymyr|date=February 2017|title=The use of metal hydrides in fuel cell applications|journal=Progress in Natural Science: Materials International|volume=27|issue=1|pages=3–20|doi=10.1016/j.pnsc.2017.01.008|doi-access=free}}</ref>。注目すべき特徴は、燃料電池自体の中で[[化学結合|化学的に結合]]して[[水素貯蔵|水素を貯蔵]]する能力である。

類似の事例に[[ニッケル・水素充電池|ニッケル水素電池]]がある。

== 反応 ==
充放電の反応式は以下のように表される。

* 正極 : <math>\mathrm{O}_2 + \mathrm{2H}_2\mathrm{O} + \mathrm{4e}^- \longrightarrow \mathrm{4OH}^-</math>
* 負極 : <chem>MH\ + OH^- -> M\ + H2O\ + \mathit{e}^-</chem>

負極の反応は[[ニッケル・水素充電池|ニッケル水素電池]]Ni-MHと全く同じである。一方正極はニッケル水素電池は水酸化ニッケルを含む多孔質ニッケル酸化物を利用するのに対し金属水素化物燃料電池では空気中の[[酸素]]を利用する。これにより1000Wh/kgを超える大幅な軽量化・容量増加が期待される<ref>{{Cite journal|last=英紀|first=射場|date=2012|title=革新電池における金属水素化物への期待|url=https://www.jstage.jst.go.jp/article/hess/37/4/37_354/_article/-char/ja/|journal=水素エネルギーシステム|volume=37|issue=4|pages=354–359|doi=10.50988/hess.37.4_354}}</ref>。

== 特性 ==
金属水素化物燃料電池は、次のような特性を示す:<ref>{{Cite journal|last1=Ovshinsky|first1=Stanford|last2=Fok|first2=Kevin|last3=Venkatesan|first3=Srinivasan|last4=Corrigan|first4=Dennis|date=May 2–4, 2005|title=Metal Hydride Fuel Cells For UPS And Emergency Power Applications|url=http://www.battcon.com/FileUsed?id=1414|journal=BATTCON 2005 International Battery Conference and Trade Show}}</ref><ref>{{cite book|last1=Schwartz|first1=Brian|title=The Science and Technology of an American Genius: Stanford R Ovshinsky|last2=Fritzsche|first2=Hellmut|date=28 February 2009|publisher=World Scientific Pub Co Inc|isbn=978-9812818393}}</ref><ref>{{Cite book|title=Encyclopedia of electrochemical power sources|date=2009|publisher=Academic Press|others=Garche, Jürgen., Dyer, Chris K.|isbn=9780444527455|location=Amsterdam|oclc=656362152}}</ref>

* [[電気エネルギー]]で再充電する能力 ([[ニッケル水素電池]]と同様)
* 低温での動作（最低-20&nbsp;°Cまで）
* 高速な「コールド スタート(冷間始動)」特性
* 外部[[水素]]燃料源なしで限られた時間だけ動作する能力により、燃料キャニスターの「ホットスワップ」が可能

== 性能 ==
金属水素化物燃料電池の[[電極]]活性領域が60cm<sup>2</sup>から250cm<sup>2</sup>にスケールアップされ、システムを500ワットまでスケールアップできるようになった<ref>{{cite journal|last1=Fok|first1=Kevin|date=4 December 2006|title=Metal Hydride Fuel Cells, A New and Practical Approach for Backup and Emergency Power Applications|journal=INTELEC 06 - Twenty-Eighth International Telecommunications Energy Conference|pages=1–6|doi=10.1109/INTLEC.2006.251656|isbn=1-4244-0430-4|s2cid=43062441}}</ref>。電極活性領域のスケールアップは、それぞれが1500ワットの出力を持つ、より高出力の燃料電池スタックを開発する能力も提供した<ref name=":1" />。金属水素化物燃料電池は、250mA/cm<sup>2</sup>の[[電流密度]]を達成している<ref name=":0">{{cite journal|last1=Fok|first1=Kevin|date=May 2007|title=Recent Advances in Metal Hydride Fuel Cell Technology for UPS/Emergency Power Applications|url=http://www.battcon.com/FileUsed?id=1369|journal=Battcon Stationary Battery Conference|access-date=22 March 2020}}</ref>。耐久性をテストし、燃料電池スタックは7000時間以上正常に動作した<ref name=":0" />。

== 稼働中のシステムおよびアプリケーション ==
[[ファイル:Operating_1.0_kW_Metal_Hydride_Fuel_Cell_System.jpg|サムネイル|稼働中の1.0 kW金属水素化物燃料電池システム]]
製品開発の初期段階では、単一の燃料電池と、複数の電池で構成される燃料電池スタックに焦点が当てられていた。ターゲット アプリケーションには、軍事および商用アプリケーションの重要なバックアップ電源が含まれていた<ref>{{Cite book|title=Materials for fuel cells|date=2008|publisher=CRC Press|others=Gasik, Michael, 1962-, Institute of Materials, Minerals, and Mining.|isbn=978-1-84569-483-8|location=Boca Raton|oclc=424570885}}</ref>。次の段階は、実験室の外に持ち出せる完全な燃料電池システムを設計および構築することであった。最初の50ワットの実験室ベースのデモンストレーション システムは、より堅牢なパッケージングとインターフェイスを備えた50ワットのポータブル システムに統合された<ref name=":0" />。燃料電池スタックとシステム統合の両方における追加開発は、（[[インバーター]]および金属水素化物貯蔵キャニスターを使用したオンボード水素貯蔵完備の）1.0kWシステムの運用と公開デモンストレーションを可能にした<ref name=":1" /><ref>{{cite book|last1=Godula-Jopek|first1=Agata|title=Hydrogen Storage Technologies: New Materials, Transport and Infrastructure|last2=Jehle|first2=Walter|last3=Wellnitz|first3=Jorg|date=November 2012|publisher=Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA|isbn=9783527649921|doi=10.1002/9783527649921}}</ref>。金属水素化物燃料電池システムのさらなる開発が、兵士の現場での電力需要のために追求され、その結果、配備要件を満たすプロトタイプ システムが完成した<ref>{{Cite journal|last=Lowe|first=T. D.|date=2008|title=Mobile Fuel Cell Configurations for the U.S. Military|url=https://www.yumpu.com/en/document/read/52000606/mobile-fuel-cell-configurations-for-us-military-ohio-the-fuel-|journal=Ohio Fuel Cell Symposium 2008}}</ref>。製品開発と並行して、製造およびテスト機能の開発にも重点が置かれた<ref>{{Cite web |last=Energy Technologies, Inc. |date=December 17, 2009 |title=Energy Technologies Awarded Third Ohio Third Frontier Fuel Cell Grant for Advanced Research, Development & Commercialization |url=https://www.energytechnologiesinc.com/pressRelease/news/Press_Release_3rd_TFFC_Grant.php |access-date=2020-06-14 |website=Energy Technologies, Inc.}}</ref>。金属水素化物燃料電池システムは、テストと評価のために[[軍事基地]]のマイクログリッド([[:en:microgrid|en]])システムに統合されている<ref>{{Cite journal|last=Madden|first=P. D.|date=March 23, 2016|title=Modular, Scalable, Micro Grid Incorporating Traditional and Renewable Energy Systems|url=https://pt.slideshare.net/PDM|journal=Microgrid Global Summit 2016}}</ref>。挑戦にもかかわらず<ref>{{Cite web |url=https://www.nationaldefensemagazine.org/articles/2017/5/26/fuel-cells-fail-to-make-inroads-with-the-military |title=Fuel Cells Fail to Make Inroads With the Military |website=www.nationaldefensemagazine.org |language=en |access-date=2020-03-24}}</ref>、軍は、[[無人航空機]]、[[自律型無人潜水機]]、小型[[貨物自動車|トラック]]、[[バス (交通機関)|バス]]、ウェアラブル技術([[:en:Wearable technology|en]])システムなど、幅広い用途で燃料電池に積極的な関心を維持している<ref>{{Cite web |url=https://www.energy.gov/eere/articles/4-ways-fuel-cells-power-us-military |title=4 Ways Fuel Cells Power Up the U.S. Military |website=Energy.gov |language=en |access-date=2020-03-24}}</ref><ref>{{Cite web |url=https://www.automobilemag.com/news/chevrolet-silverado-zh2-is-a-fuel-cell-powered-heavy-duty-military-truck/ |title=Chevrolet Silverado ZH2 is a Fuel Cell-Powered Heavy-Duty Military Truck |date=2018-11-07 |website=Automobile |language=en |access-date=2020-03-25}}</ref><ref>{{Cite web |url=https://www.defensenews.com/land/2017/04/03/hydrogen-fuel-cell-technology-could-bring-stealth-to-army-vehicles/ |title=Hydrogen fuel cell technology could bring stealth to Army vehicles |last=Judson |first=Jen |date=2017-08-08 |website=Defense News |language=en-US |access-date=2020-03-25}}</ref><ref>{{Cite web |url=https://www.af.mil/News/Article-Display/Article/1442852/air-force-demonstrating-hydrogen-as-alternate-fuel-source/ |title=Air Force demonstrating hydrogen as alternate fuel source |website=U.S. Air Force |language=en-US |access-date=2020-03-25}}</ref>。金属水素化物燃料電池システムの開発は、軍用アプリケーション向けに継続されており、オンボード水素生成と最大5.0kWの燃料電池を備えている<ref>{{Cite web |title=Energy Technologies Inc. - Onsite Hydrogen |url=https://www.onsitehydrogen.com/index.php |access-date=2020-06-03 |website=www.onsitehydrogen.com}}</ref><ref>{{cite web |title=Ultimate Fuel Cells |url=https://www.ultimatefuelcells.com/ |website=Ultimate Fuel Cells |publisher=Energy Technologies Inc. |access-date=22 March 2020}}</ref>。

== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
{{Reflist}}

== 関連項目 ==

* [[スタンフォード・ロバート・オブシンスキー]]
** [[エナジー・コンバージョン・デバイセズ]] / [[コバシス]]
* [[燃料電池]]
** [[水素貯蔵]]
*** [[水素化合物|金属水素化物]] / [[水素吸蔵合金]]

{{DEFAULTSORT:きんそくすいそかふつねんりようてんち}}
[[Category:燃料電池]]
[[Category:二次電池]]
[[Category:水素]]