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オンデマンド出版(POD)
燃料電池設計技術

コードNO0090P
発 刊1987年9月30日
監 修
笛木 和雄 東京大学 工学部工業化学科教授
高橋 正雄 横浜国立大学 工学部物質工学科エネルギー工学教室 教授
編集委員
城上 保 (株)東芝 宇宙開発事業部 事業部長附
田村 弘毅 新神戸電機(株)技術開発部次長、埼玉研究室長
小関 和雄 (株)富士電機総合研究所 FC開発本部 主任研究員
村田 謙二 (株)東芝 総合研究所エネルギー機器研究所 主任研究員
太田 健一郎 横浜国立大学 工学部物質工学科エネルギー工学教室 助教授
価 格POD(オンデマンド)価格 本体24,500円+税
体 裁B5判並製 横2段組 344頁
試 読不可
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キャンセル・返品不可 高効率の“第4の電源”として各方面の関心も高い燃料電池について、新しい材料開発の視点からの初めての設計指針

主要構成

第1部 燃料電池の歴史と現状
第2部 燃料電池の基礎理論
第3部 各種燃料電池の開発現状
第4部 燃料電池システムと将来像

【発刊にあたって】

 燃料電池は物質の持つ化学エネルギーを、熱エネルギーを経ることなく電気エネルギーに直接変換でき、理論効率が高く、新しい発電システムとして開発が進められています。 この考え方・原理は古く、19世紀の前半には実証されていますが、軍事用・宇宙開発用等の特殊な用途を除き、現在までのところ、本格的な実用化には至っていません。
しかし、エネルギー源の多様化、二次エネルギーとしての電力需要の将来の増加の問題を背景に、小型でも効率が高く、騒音、公害問題の少ない燃料電池への期待は高まるばかりです。 特にわが国ではここ1〜2年の進歩が著しく、独自の技術で1MW規模の試運転が始まるまでになりました。今はまさに実用化が始まろうとしています。
これまで、燃料電池に関しては国内、外で数多くの優れた参考書、解説書が出版されてきました。本書ではこれらの内容を踏まえ、各種燃料電池の原理から、 最新のデータに基づいた開発現状の紹介、さらには将来への展望をできるだけ詳細に記述することに努めています。具体的には宇宙用として実用化しているアルカリ電解質型、 商用として実用化の最も近いリン酸型はもとより、第2、第3世代の溶融炭酸塩型、高温固体電解質型、更にはSPE型、ビトラジン、メタノールを用いる燃料溶解型と幅広く取り上げ、各々の原理から運転実績、 将来性まで示してあります。特に、実用化に近いリン酸型のものは、最新のデータをもとに具体的な運用方法、経済性まで示しました。現在燃料電池の開発に携わっておられる人、これから開発を目指す人、 更には燃料電池の利用を考える人、アマチュアからプロまで燃料電池に関心のある方々には是非とも本書を利用していただきたいと考えています。世界において、 技術の一等国にならんとする日本の燃料電池技術の発展に本書が何がしかの貢献をしたい、これが関係者一同の願いでもあります。
笛木 和雄/高橋 正雄

内容目次

はじめに<笛木 和雄/高橋 正雄>

第1部 燃料電池の歴史と現状

第1章 開発の歴史<城上 保>
  1. 燃料電池研究の開幕
  2. Bacon電池とアポロ用燃料電池
  3. 1950〜1960年代の燃料電池研究
  4. TARGET計画とオンサイト発電装置
  5. FCG-1計画と大型発電所向け燃料電池の開発

第2章 各種燃料電池の比較
  1. 燃料電池の種類とセル構成
  2. 燃料溶解型燃料電池の基本構造ならびにその特徴
  3. アルカリ水溶液電解質燃料電池の基本構成とその特徴
  4. SPE(陽イオン交換膜)燃料電池の基本構成とその特徴
  5. リン酸電解質燃料電池の構造とその特徴
  6. 溶融炭酸塩燃料電池の基本構成とその特徴
  7. 高温固体電解質燃料電池の基本構成とその特徴

第3章 ムーンライト計画ならびに国内外の燃料電池開発状況
  1. 概要
  2. 国内の燃料電池開発の現状とムーンライト計画
  3. 米国の燃料電池開発の現状
  4. ヨーロッパ、東南アジアの燃料電池開発の現状

第2部 燃料電池の基礎理論<太田 健一郎>

第1章 燃料とエネルギー変換
  1. はじめに
  2. 物質の持つエネルギー
  3. 理論効率

第2章 電気化学システム
  1. 電気化学システムとは
  2. 電極電位と起電力
  3. ファラデーの法則
  4. 電解質と電導度

第3章 電極反応
  1. 分極曲線
  2. 活性化律速と拡散律速
  3. 電池システム

第4章 燃料電池と効率
  1. 電圧効率
  2. 電流効率
  3. エネルギー変換効率

第3部 各種燃料電池の開発現状

第1章 アルカリ型燃料電池<小関 和雄>

第1節 基礎
  1. 原理
  2. 特徴
  3. セル構造
  4. 電極構造
  5. 触媒
  6. システム構成
  7. 特性
    7.1 出力特性
    7.2 電流効率、熱効率
    7.3 寿命
  8. コスト
第2節 開発の現状
  1. 各国の状況
  2. 用途別の状況
    2.1 宇宙用
    2.2 発電所用
    2.3 電気自動車用
    2.4 その他の用途
  3. アルカリ型燃料電池の将来

第2章 固体高分子電解質(SPE)型燃料電池<藤田 雄耕>

第1節 基礎
  1. 電池反応
  2. 固体高分子電解質(SPE)
  3. 固体高分子電解質(SPE)への電極の接合
  4. 電池構造
  5. 電池特性
第2節 開発の現状
  1. Gemini計画
  2. BiosatelliteおよびShuttle計画
  3. スペースステーション用再生型燃料電池
  4. 地上用燃料電池
  5. 派生技術

第3章 燃料溶解型燃料電池<荒巻 勲>

第1節 ヒドラジン燃料電池
  1. 原理
  2. 電極
  3. 電解質
  4. 電池枠材料
  5. 電池性能
  6. 電源システム
第2節 メタノール燃料電池
  1. 原理
  2. 電極
  3. 電解質
  4. 電池枠
  5. 電池性能
  6. 小型電源とゴルフカート駆動用電源

第4章 リン酸型燃料電池<渡辺 政広>

第1節 基礎
  1. なぜリン酸?
  2. 電池の構成
  3. 電池特性の支配因子
  4. 電極の過電圧因子
  5. 電池性能の向上
    5.1 触媒
    5.2 電極構造
    5.3 電解液
    5.4 諸材料の腐食
第2節 開発の現状<堤 泰行>
  1. セル技術開発の現状
  2. スタック技術開発の現状
    2.1 スタック構造
    2.2 冷却構造
    2.3 ガス供給技術
  3. スタック開発の実績

第5章 溶融炭酸塩型燃料電池

第1節 基礎<太田 健一郎>
  1. 溶融塩とは
  2. 溶融炭酸塩の基礎的物性
    2.1 融点、混合系の状態図
    2.2 密度
    2.3 導電率
    2.4 ガス溶解度
  3. 電極反応
    3.1 酸素極反応
    3.2 燃料極反応
  4. 酸化還元電位
  5. 電位-pO2-状態図
  6. 金属の高温酸化反応
    6.1 直線則
    6.2 放物線則
第2節 開発の現状<村田 謙二>
  1. セルV-i特性の表現式
    1.1 セルの構成と構成部品への要求機能
    1.2 セルの開路電圧(V0
    1.3 分極係数(Rp)の導入とその求め方
    1.4 セルV-i特性の表現式の応用
  2. セルコンポーネントの形成技術
    2.1 キーコンポーネントの材料と構造
    2.2 性能確保の面からの要求条件
    2.3 大型化と量産化
    2.4 コンポーネント形成法の現状
  3. 積層電池の構成技術と運転技術
    3.1 スタックの条件
    3.2 スタックの規模
    3.2 スタック構造の設計
  4. スタック用機能材料開発の現状
  5. システム技術
  6. 今後の課題

第6章 高温固体電解質型燃料電池

第1節 基礎<岩原 弘育>
  1. 高温型固体電解質燃料電池の特徴と必要性
  2. 作動原理と構造
    2.1 作動原理
    2.2 電極反応
    2.3 電池構造と作動上の特徴
  3. 燃料電池用固体電解質
    3.1 機能上の特徴と要求される性質
    3.2 酸化物イオン導電体
    3.3 水素イオン導電体
    3.4 固体電解質の電子電導と電池の効率
  4. 電極材および周辺材料
    4.1 電極材
    4.2 インタコネクタおよび周辺材料
第2節 開発の現状<大野 吉弘>
  1. 固体電解質燃料電池の特徴
    1.1 平板型燃料電池
    1.2 円筒型燃料電池
    1.3 一体型燃料電池
  2. 燃料電池の材料
    2.1 固体電解質
    2.2 アノード材
    2.3 カソード材
    2.4 そのほかの構成要素
  3. 内外の開発状況
    3.1 WE社の開発状況
    3.2 電総研の開発状況
    3.3 BBC社の開発状況
    3.4 そのほかの開発状況例
  4. 燃料電池の研究開発の方向

第7章 高燃料電池技術の応用<高橋 正雄>
  1. 工業電解の特徴とエネルギー消費
  2. 電解反応への燃料電池反応の利用
  3. 工業電解における化学エネルギー利用の評価
  4. 工業電解への燃料電池技術の応用
    4.1 ホール・エルー法アルミニウム電解法における消耗性炭素アノードの応用
    4.2 水素燃料局、メタノール燃料局の工業電解への応用の可能性
    4.3 酸素極の工業電解への応用の可能性
    4.4 膜法塩素・アルカリ電解への酸素カソードの応用
  5. おわりに

第4部 燃料電池システムと将来像

第1章 システム開発計画

第1節 国内外の開発動向<野崎 健>
  1. はじめに
  2. 燃料電池システムの特徴と開発計画
  3. オンサイト用燃料電池
  4. 電気事業用燃料電池
    4.1 火力発電所代替用
    4.2 分散配置用
  5. 周辺システムの問題点
  6. 溶融炭酸塩型および固体電解質型燃料電池
第2節 リン酸型発電プラントの開発例
  1. オンサイト用燃料電池PC-18<中野 重夫>
    1.1 開発の経緯
    1.2 仕様およびシステム構成
    1.3 基本特性
    1.4 運転実績
    1.5 評価および今後の課題
  2. FCG-1<中山 宜長/小林 道夫>
    2.1 開発の経緯と成果
    2.2 仕様とシステム構成
    2.3 システムの特徴
    2.4 評価と今後の課題
  3. ムーンライト1MWプラント<伊藤 登>
    3.1 計画の概要
    3.2 要素技術の研究開発
    3.3 1000kW発電プラントの試作運転研究

第2章 システム構成とプロセス制御<中山 宜長/小林 道夫>

第1節 発電プロセスと物質・熱収支
  1. リン酸型燃料電池発電システムのプロセス系統
  2. プロセス反応の概要
  3. 物質および熱収支のノーマライズ
  4. 燃料処理と起電反応の物質収支
  5. 空気供給とシステムの熱収支
第2節 主要機器とサブシステム
  1. 燃料電池と電池冷却系
  2. 改質器と燃料処理系
  3. タービン圧縮機と空気供給系
  4. 直交変換器
  5. その他の機器
    5.1 熱交換器
    5.2 その他の主管系統内機器
    5.3 周辺機器
第3節 プロセスの熱効率と部分負荷特性
  1. 電池発電効率と電池発熱
  2. システムの発電効率
    2.1 モデルシステムの発電効率
    2.2 空気供給系との整合性
    2.3 高圧化によるシステム効率向上
    2.4 セル電圧とシステム効率
  3. 部分負荷運転
  4. プロセス排熱
第4節 プラントの制御
  1. 制御方式の基本的な選択
  2. 燃料流量制御と負荷追従
  3. システム圧力制御と空気供給
  4. 起動・停止手順
  5. 保護インターロック

第3章 プラントの運用<中山 宜長/小林 道夫>

第1節 燃料電池発電プラントの特殊性
  1. プラントの停止と休止
  2. 運用前後の措置と起動時間
  3. 電池特性の劣化と電池寿命
  4. プラントの建設
第2節 電気事業応用の経済効果
  1. 燃料電池発電システムの位置づけ
  2. 経済性評価
  3. 燃料電池の寿命と建設単価
  4. 燃料電池導入の効果
第3節 燃料電池の排熱利用
  1. 排熱利用の効果
  2. 燃料電池の排熱の例
  3. 既設熱供給システムとの組合せ
  4. 省エネルギーおよび経済性の評価


執筆者(執筆順・敬称略、肩書等は発刊時のものです)
 
城上 保  (株)東芝 宇宙開発事業部 事業部長附
太田 健一郎  横浜国立大学 工学部物質工学科エネルギー工学教室 助教授
小関 和雄  (株)富士電機総合研究所 FC開発本部 主任研究員
藤田 雄耕  日本電池(株)研究開発本部企画室 室長
荒巻 勲  新神戸電機(株)産業用電池部部長
渡辺 政広  山梨大学 工学部燃料電池実験施設助教授
堤 泰行  (株)日立製作所 日立研究所第2部 主任研究員
村田 謙二  (株)東芝 総合研究所エネルギー機器研究所 主任研究員
岩原 弘育  鳥取大学 工学部資源循環化学科教授
大野 吉弘  通商産業省 工業技術院電子総合研究所 エネルギーシステム部エネルギー輸送研究室 主任研究官
高橋 正雄  横浜国立大学 工学部物質工学科エネルギー工学教室 教授
野崎 健  通商産業省 工業技術院電子総合研究所 エネルギーシステム部エネルギー貯蔵研究室 主任研究官
中野 重夫  東京ガス(株)企画部課長格
中山 宜長  (株)東芝 新発電事業推進部技術担当主査
小林 道夫  東京電力(株)技術開発本部開発研究所 燃料電池研究室室長
伊藤 登  新エネルギー総合開発機構 燃料電池プロジェクトチーム・チームリーダー燃料貯蔵技術開発室 室長代理


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