酸素と水素から電気を生み出す

水 に電気を通すと、酸素 と水素 に分解 することができます。燃料電池 はこの逆の原理を利用して水素 （燃料）と酸素 の反応 から電気を取り出しています。通常、水素 と酸素 が直接反応 するとすぐに燃えて水 になってしまい、このままでは電気は取り出せません。しかし、水素 と酸素 を電解質 という酸素 イオン や水素イオン だけが通過できる膜で分けることで、電気を取り出すことが可能になります。また、1枚のセルでできる電気は少ないのですが、セルを何枚も重ねることにより、必要な電気をつくり出すことができます。

現在の火力 ・原子 力 のような大規模な発電方法では、発電の際に燃料エネルギー の50％以上が熱 として失われ、送電する際にもエネルギー が失われます。しかし、燃料電池 が各家庭に普及し、各家庭で発電を行うことが可能になれば、送電の際にエネルギー が失われることもなく、さらに発電に伴う排熱 を給湯や冷暖房に利用することによって、エネルギー を効率よく活用することができます。

また火力発電 は、発電の際に温暖化の原因となる二酸化炭素 や大気汚染 の原因となる窒素酸化物 や硫黄酸化物 を排出 しますが、燃料電池 は水 を排出 するのみで、窒素酸化物 や硫黄酸化物 はほとんど排出 されることがありません。そのため、地球環境にやさしいエネルギー として期待されています。

超小型で高出力を実現

燃料電池 には、いくつかの種類があります。固体 酸化物 型燃料電池 （SOFC）は、電解質 の材料に固体 酸化物 （セラミックス ）を用い、発電効率が高く、ビルや工場・店舗などでの発電に向けて研究が進められています。しかし、作動温度が700～1,000℃と高いため、耐久性の高い材料が必要となることや、再運転時に温度が上がるまで時間がかかることが問題とされ、小型化や家庭向けの発電機 、携帯電話やノート型パソコンの電源などには不向きとされていました。

産業技術総合研究所先進製造プロセス研究部門機能モジュール 化研究グループなどは、酸素 イオン の流れやすいセラミックス を0.8～2mmのチューブ状にすることで発電効率を高め、耐久性を向上させることに成功し（写真1）、チューブ型マイクロSOFCを内部に集積する構造のSOFC集積体を開発しました（写真2）。これは、角砂糖大（1立方cm角）の大きさで、作動温度が600℃以下でも1立方cmあたり２W以上出力 できる世界最高レベル のマイクロ燃料電池 です。

開発されたマイクロ燃料電池 は、携帯電話やノート型パソコンの電源、家庭用の発電機 、自動車の補助電源などへの応用が考えられています。