現在ある燃料電池(FC)のほとんどは充電できない1次電池である。それでも、外から燃料、つまり水素などを充填できるため、使い捨てにはならない。

 ただ、原理的には2次電池化は可能である。特に、発電、?#24037;勝銫?#25918;電時に使う固体高分子形燃料電池(PEFC)?#21462;?#27700;電解、?#24037;勝銫?#20805;電に使うPEM型水電解装置は電極や装置の構造はほとんど同じ。化学反応はちょうど反対だ。異なるのは、最適な触媒材料の選択やその量ぐらいである。第2部で紹介した東芝の自立型エネルギー供給システム「H2One?#24037;稀ⅴ償螗匹勝?#20013;にPEFCとPEM型水電解装置、そして水素の貯蔵システムなどを同居させている。ある意味、コンテナ全体で2次電池のように機能?#24037;毪韋扦ⅳ搿?/p>

研?#31354;撙?#30330;電機?#24037;?#24605;い入れ

 仮に、FCを2次電池化?#24037;毪?#21517;前は、「水素-空気2次電池?#24037;?#21628;ばれるはずだ。亜鉛(Zn)-空気電池やリチウム(Li)-空気電池など、似た反応系を備えた電池で、技術的には容易ではないにもかかわらず、2次電池に?#24037;?#30740;究開発に取り組んでいる研?#31354;撙?#22810;くいる中で、FCの2次電池化を目指す研?#31354;撙?#23569;ないのは不思議なぐらいである。

 理由の1つは、FCを開発している研?#31354;撙味啶Cを他の電池と同様?#30465;?#38651;気化学電池?#24037;扦悉勝?#30330;電機?#24037;坤趣撙勝筏皮い毪長趣坤恧Α?#30330;電機なら燃料は外から入れるもので、外部の電力を使った充電によって“灰”を還元して再利用?#24037;毪玀韋扦悉勝い銫堡饋?#22806;から入れる燃料と電力を全く違うものだとみなしているのである。FCの研?#31354;撙?#20013;には、「2次電池に?#24037;?#24847;味やメリットが分からない?#24037;?#22238;答?#24037;?#20154;もいた。

企業で10年以上も開発

 ただし、研?#31354;撙?#23569;ないものの、いるにはいる。そうした研?#31354;撙?次電池型のFCを「リバーシ?#33437;隖C」「可逆セル?#24037;勝嗓?#21628;んでいる。水素?#20154;?#32032;から放電(発電)によって生成した水を、今度は充電によって水分解して水素?#20154;?#32032;に戻るという可逆性が生まれるからだ。現在リバーシ?#33437;隖Cを開発?#24037;?#20225;業や研究機関のグループの1つが、高砂熱学工業と産業技術総合研究所である。特に高砂熱学工業は2000年代半ばに開発を始め、今も「研究開発は続けている」(同社)という。現在、試作した可逆セルを産業技術総合研究所 福島再生可能エネルギー研究センターに設置?#38450;?#29992;中だ(図A-1)。

(a)太陽光発電の余剰時に電力を水素に変換
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(b)太陽光発電と水素吸蔵合金の設備((a)とは別)
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(c)PEFCタイプの可逆セルの2つ?#25569;n題
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図A-1 同じ燃料電池セルを発電にも水分解にも利用
産業技術総合研究所 福島再生可能エネルギー研究センターで稼働中の、水電解燃料電池一体型セルとその周辺システム(a)。太陽光発電が電力系統にとって余剰気味になる?#21462;?#31995;統連係から水電解に切り替え、水素を製造してタンクに貯蔵?#24037;搿?#19968;方、電力系統の電力が不足気味の時は、貯蔵した水素を燃料電池で使って発電し、系統に連係?#24037;搿¥長欷趣?#29420;立に水素吸蔵合金の研究もしている(b)。利用時?#25569;n題の1つは、水電解と燃料電池のモード切り替えに時間がかかる点で、10~30分程度かかるという(c)。(図:(a)は産業技術総合研究所の資料を基に本誌が作成)

 開発の理由は、1つのセルで発電と水電解を切り替えて使うことで、FCと水電解装置を並べるよりも省スペー?#24037;摔勝輟?#35013;置コストも軽減?#24037;毪槨坤趣いΑ?#20855;体的には、日照条件がよく、太陽光発電システムが発電?#24037;?#38651;力が電力系統にとって余剰気味の場合は、その電力を使って可逆セルを水電解装置として利用?#24037;搿?#35069;造した水素は水素吸蔵合金タンクなどに貯蔵?#24037;搿?019年1月末に東京でFCVに充填された水素は、まさにこのようにして製造されたものだという。

 一方、電力系統の電力が不足気味の場合は、可逆セルをFCとして用いて、貯蔵した水素を使って発電?#24037;搿¥長韋瑜Δ?#27231;能を切り替えて使うのは極めて合理的だろう。電池以外では、冷房と暖房をエアコン1台で、時間ごとに切り替えて運転?#24037;毪韋?#20284;ている。

 逆に、仮にこれらの装置を2つの装置に分けても、それらの機能を同時に使う利用シーンはやや考えにくい。電力を使いながら発電?#24037;毪長趣摔勝毪槨饋?#25613;失も大きい。強いて言え?#23567;?#38651;力系統の出力変動を平準化?#24037;?#21608;波数フィルターのような役割ではあり得る。

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