株式会社大阪ケミカル・マーケティング・センターはマーケットリサーチを専門とする1962年設立の実績ある会社です。

　Vol.3 No.215　固体高分子型燃料電池(PEFC)の新材料・技術開発

　2003年6月刊行　　定価：86,439円(税込み95,083円)　　　　　　B5判 200ページ
　　　　

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<刊行のねらい>　コストダウン＝普及化のカギを握る材料・技術開発

1. トヨタと本田が燃料電池車のリース販売を開始し、可搬型電源が一部で商品化され、2004～05年には家庭用、携帯機器用が商品化される見通しである。 対応の遅れていた法規制や標準規格の整備も進められ、イオン交換膜、電極触媒、セパレータはコストダウンにメドがつきつつあり、量産体制も確立 されつつある。激しい開発競争が続くなか、PEFCは本格市場導入の最終段階を迎えている。
2. 直接メタノール型(DMFC)の開発が驚異的な速さで進み、リチウムイオン二次電池に替わる次世代電池として急浮上してきた。DMFCにはナノホーン、 フラーレン、平面直列スタックなど斬新な技術が多く取り入れられ、それらはPEFCにブレークスルーをもたらすであろう。しかもコスト吸収力のある 携帯機器をターゲットにしているため、DMFCは燃料電池の中で最も早く普及拡大するとみられる。
3. しかしながら高性能スタックをいかに低コストで供給するか、そのための課題は多く、キーパーツである電解質膜、触媒、セパレータの開発がカギを握る。 本書は材料・技術開発と各用途の市場展望、用途別、部材別のコストダウン対策、商品化、事業化に向けた各社の動向などPEFCを集大成したものである。

<目　　次>

第１部 固体高分子型燃料電池の市場開拓とメーカー動向
１．固体高分子型燃料電池の現状と展望
　１－１ 燃料電池の開発と実用化状況
　　１－１－１ 各種燃料電池の特性
　　　　①固体高分子型(PEFC)　②リン酸型(PAFC)
　　　　③溶融炭酸塩型(MCFC)　④固体酸化物型(SOFC)
　　１－１－２ 各種燃料電池の応用分野
　　　　①用途ニーズ　②出力規模　③作動温度　④燃料改質
　　１－１－３ 各種燃料電池の用途別実用化状況
　　　　①中・大規模発電　②コージェネレーション
　　　　③自動車用　④可搬型電源　⑤携帯機器用
　　１－１－４ 世界の燃料電池メーカー
　　　　①日本　②北米　③欧州　④その他
　１－２ 固体高分子型燃料電池の開発動向
　　１－２－１ PEFCのシステムと種類
　　　　①純水素型　②燃料改質型　③直接メタノール型
　　　　④再生型　⑤一体化再生型
　　１－２－２ PEFCの発電原理とスタック構造
　　１－２－３ PEFCスタックの高性能化
　　　　①Ballard社　②UTCFC社　③Honeywell社
　　　　④GM社　⑤トヨタ
　１－３ 直接メタノール型燃料電池の開発動向
　　１－３－１ 急進展するDMFC開発
　　１－３－２ DMFCの構造とシステム
　　　　①構造と発電原理　②システム構成　③発電性能
　　１－３－３ 超小型DMFCの開発状況
　　　(1) 平面状DMFC
　　　　①フィルム基板　②シリコン基板　③スタック積層
　　　(2) チューブ状DMFC
　　　　①構造　②電極材料　③出力密度
　　１－３－４ DMFCの課題
　１－４ 再生型燃料電池の開発動向
　　１－４－１ 再生型燃料電池(RFC)のシステム
　　　　①水電解装置　②PEFC
　　１－４－２ 一体化再生型燃料電池(URFC)のシステム
　　　(1) URFCの開発目的と用途
　　　(2) URFCの材料開発と性能(可逆セル、触媒構成、往復効率)
　１－５ 燃料電池の規制問題と規格標準化
　　１－５－１ 燃料電池の法規制
　　　(1) 規制見直し項目(6法律28項目)
　　　　①自動車用　②家庭用　③水素供給インフラ
　　　(2) 携帯機器用の規制見直し
　　１－５－２ 燃料電池の規格標準化
２．固体高分子型燃料電池の用途展開
　２－１ PEFCの用途と実用化状況
　　２－１－１ PEFCの用途分野
　　　(1) 用途別のニーズ
　　　　①出力　②小型・軽量化　③耐久性(寿命)
　　　　④起動・停止　⑤負荷変動　⑥メンテナンス
　　　　⑦燃料　⑧インフラ整備　⑨目標コスト　⑩競合品
　　　(2) 各用途の要求特性
　　２－１－２ PEFCの実用化と普及予測
　　　(1) 用途別の需要予測(～2010年)
　　　　①自動車用　②家庭用コージェネレーション
　　　　③業務用コージェネレーション　④可搬型電源　⑤携帯機器用
　　　(2) 用途別の実用化状況とメーカー動向
　２－２ 燃料電池自動車(FCEV)
　　２－２－１ クリーンエネルギー車の現状
　　　(1) クリーンエネルギー車と電気自動車
　　　(2) クリーンエネルギー車の出荷台数
　　　　①PEV　②HEV　③メタノール車
　　　　④天然ガス車　⑤LPG車
　　　(3) クリーンエネルギー車のメーカー別出荷台数
　　　　①トヨタ　②日産　③本田　④マツダ
　　　　⑤三菱　⑥富士重工　⑦いすゞ　⑧スズキ
　　　　⑨ダイハツ　⑩その他
　　２－２－２ FCEVの駆動システム
　　２－２－３ FCEVの燃料動向
　　　(1) 各種燃料の適性比較と採用状況
　　　　①純水素　②メタノール　③天然ガス　④ガソリン
　　　(2) 各種燃料とFCEVのエネルギー効率
　　　　①燃料効率(Well to Tank)
　　　　②車両効率(Tank to Wheel)
　　　　③総合効率(Well to Wheel)
　　２－２－４ FCEVの水素貯蔵法と材料開発
　　　(1) 各種貯蔵法の貯蔵能力・特性比較
　　　(2) 高圧水素
　　　　①高圧容器の種類と構造　②高圧容器の開発と採用状況
　　　(3) 液体水素
　　　(4) 水素吸蔵合金
　　　(5) ケミカルハイドライド(シクロヘキサン、デカリン、他)
　　　(6) 新炭素材料
　　　　①カーボンナノチューブ　②グラファイトナノファイバー
　　２－２－５ 水素の製造法と供給ステーション
　　　(1) 供給ステーションの建設状況
　　　　①プロジェクト　②水素製造法　③担当企業　④その他
　　　(2) 水素の製法別コスト
　　　　①天然ガス改質　②メタノール改質
　　　　③アルカリ水電解　④PEM水電解
　　２－２－６ 自動車メーカーのFCEV開発状況
　　　(1) 世界のFCEVと燃料システム
　　　　①自動車各社のFCEV全覧(海外、国内) 　　　

　　　

　自動車メーカー、開発年、燃料方式、スタックメーカー、
　スタック出力、補助電源、車種、航続距離

　　　　②燃料システムの採用状況と傾向
　　　　　1)25MPa容器　2)35MPa容器　3)液体水素
　　　　　4)メタノール改質　5)ガソリン(CHF)改質
　　　(2) 自動車メーカー別のFCEV開発動向
　　　　①トヨタ　②本田　③日産　④マツダ　⑤ダイハツ
　　　　⑥三菱　⑦富士重工　⑧ダイムラー－クライスラー社
　　　　⑨GM社　⑩フォード社　⑪BMW社　⑫その他
　　２－２－７ FCEVの普及シナリオと燃料インフラ
　　　(1) FCEVの開発目標と普及のシナリオ
　　　　①FCEVの目標普及台数
　　　　②FCEVの目標性能とコスト 　　　

　　　

　発電効率、出力密度、耐久性、改質効率、改質コスト、
　スタックコスト、システムコスト、航続距離、水素貯蔵量、他　

　　　(2) FCEVの普及と燃料選択
　　　(3) FCEVの燃料インフラ(水素車載方式、車上改質方式)
　２－３ 携帯機器用電源
　　２－３－１ 携帯機器用のニーズとコスト
　　　　①高エネルギー密度　②コスト競争力　③その他
　　２－３－２ 燃料電池の応用開発
　　　(1) 出力密度と電源システム
　　　　①DMFC、PEFCの出力密度　②補助電源併用システム
　　　(2) 燃料電池の応用機器と商品化
　　　　①各種機器の消費電力と要求出力密度
　　　　　1)ノートパソコン　2)PDA　3)携帯電話機
　　　　②電池スペースと燃料供給方式
　　２－３－３ 携帯機器用燃料電池の開発状況 　　　

　　　

　発表時期、電池の種類、使用燃料、電池性能、
　発電システム、新材料、特徴、その他

　　　　①東芝　②カシオ計算機　③NEC　④日立製作所
　　　　⑤ソニー　⑥本田　⑦モトローラ社　⑧SFC社
　　　　⑨マンハッタン社　⑩フラウンホーファー社
　　　　⑪MT社　⑫MFCS社　⑬サムスン
　　２－３－４ 燃料電池の課題と展望
　２－４ 可搬型電源
　　２－４－１ 可搬型電源の用途
　　２－４－２ 燃料電池の商品化と展開状況 　　　

　　　

　電池の種類、使用燃料、サイズ、重量、
　出力、発電時間、電圧、その他 　　　

　　　

　　　　①松下電工　②三井物産　③荏原バラード
　　　　④ユアサコーポレーション　⑤三洋電機　⑥SFC社
　　２－４－３ 可搬型電源の課題と展望
　２－５ 家庭用コージェネレーション
　　２－５－１ 家庭用コージェネレーションのシステムと要件
　　　(1) コージェネレーションとPEFCユニット
　　　　①電力負荷と出力　②ユニットの構成機器
　　　(2) 家庭用PEFCシステムの要件
　　　　①エネルギー効率　②耐久性　③その他
　　２－５－２ 家庭用PEFCシステムの市場導入とコスト
　　　(1) 市場導入の要素　①初期導入地域　②燃料選択
　　　(2) PEFCシステムのコスト
　　２－５－３ 家庭用PEFCシステムの実証試験
　　２－５－４ 家庭用PEFCシステムの運転方式と燃料改質
　　　(1) PEFCシステムの運転方式(DSS運転、連続運転、他)
　　　(2) PEFCシステムの改質装置
　　　　①PEFCの燃料比較
　　　　　1)都市ガス　2)LPG　3)灯油
　　　　②改質システム
　　　　　1)改質器　2)シフト器　3)選択酸化器
　　　　③DDS運転の課題
　　　　　1)始動性　2)残留ガス処理
　　２－５－５ 家庭用PEFCシステムの普及シナリオと法規制
　　　(1) 普及シナリオと開発目標
　　　　①目標普及台数
　　　　②目標性能とコスト 　　　

　　　

　発電効率、改質効率、総合効率、耐久性、改質コスト、
　スタックコスト、システム価格(家庭用、業務用)、他 　

　　　(2) 家庭用燃料電池の法規制
　２－６ 業務用コージェネレーション
　２－７ 移動体用電源(AFC、PEFC)
　　　(1) 宇宙機器
　　　　①有人宇宙船
　　　　　1)搭載燃料電電池の基本仕様　2)燃料電池のメーカー
　　　　②宇宙機器用再生型燃料電池
　　　(2) 鉄道車両
　　　　①燃料電池の用途と要求出力
　　　　②電池システムの目標性能　③要求仕様と特性
　　　(3) 潜水艦、深海探査機
　　　(4) 船舶
　　　(5) 発電車
３．固体高分子型燃料電池のメーカー動向
　３－１ わが国のPEFC開発プロジェクト
　　３－１－１ 燃料電池開発のプログラムと予算額
　　３－１－２ NEDOの研究開発プロジェクト
　　　　①各種プロジェクトのスケジュール
　　　　②各プロジェクトの参画企業と開発テーマ
　　３－１－３ 燃料電池実用化推進協議会
　　３－１－４ WE－NETプロジェクト
　　３－１－５ ミレニアムプロジェクト
　３－２ PEFCのメーカー別開発動向
　　３－２－１ 国内メーカー
　　　　①東芝IFC　②三洋電機　③三菱電機　④松下電工
　　　　⑤松下電器産業　⑥荏原バラード　⑦三菱重工業
　　　　⑧富士電機　⑨新日本石油　⑩石川島播磨重工業
　　　　⑪三井物産　⑫大同メタル工業　⑬クボタ
　　３－２－２ 海外メーカー
　　　　①バラード社　②UTCFC社　③Hパワー社
　　　　④プラグ・パワー社　⑤シーメンス社　⑥NFC社
　　　　⑦EP社　⑧モザイク社　⑨ハイドロジェニックス社
　　　　⑩パルキャン・フュエルセルズ社　⑪Avista社
　３－３ 携帯機器用PEFC、DMFCのメーカー別開発動向
　　３－３－１ 国内メーカー
　　　　①東芝　②カシオ計算機　③NEC　④日立製作所
　　　　⑤ソニー　⑥本田技研工業　⑦ユアサコーポレーション
　　３－３－２ 海外メーカー
　　　　①LANL ②モトローラ社　③マンハッタン社
　　　　④SFC社 ⑤フラウンホーファー社　⑥MT社
　　　　⑦MFCS社　⑧サムスン　⑨テルアビブ大学
第２部 固体高分子型燃料電池の新材料開発
１．固体高分子型燃料電池の開発動向とコストダウン
　１－１ 固体高分子型燃料電池の開発要素
　　　　①電解質膜　②触媒　③ガス拡散層　④MEA
　　　　⑤セパレータ　⑥スタック技術　⑦改質器
　１－２ 固体高分子型燃料電池の高性能化
　　１－２－１ 電圧低下の要因(活性化分極、抵抗分極、拡散分散)
　　１－２－２ 材料開発の方向
　　　(1) 電解質膜
　　　(2) 電極触媒
　　　(3) セパレータ
　　　(4) 電解質膜、電極接合体
　１－３ 固体高分子型燃料電池の価格とコストダウン対策
　　１－３－１ PEFCの現状価格
　　１－３－２ PEFCの用途別目標コストと電池価格
　　　　①自動車用　②コージェネレーション(家庭用、業務用)
　　　　③可搬型電源　④携帯機器用
　　１－３－３ 主要部材の価格と目標コスト
　　　(1) 主要部材の目標コスト
　　　　①各部材の単価と目標コスト
　　　　②90kWスタックの部材価格(現行、目標)
　　　(2) 主要部材のコストダウン対策
　　　　①イオン交換膜　②白金触媒　③セパレータ
２．高分子電解質膜の開発動向
　２－１ イオン交換膜の開発とパーフルオロ系スルホン酸膜
　　２－１－１ 宇宙開発用燃料電池とイオン交換膜
　　２－１－２ 食塩電解用イオン交換膜の開発経緯
　　２－１－３ パーフルオロ系スルホン酸膜の構造と物性
　　　　①PFSポリマーの合成　②クラスター構造
　２－２ PEFC用電解質膜の開発動向
　　２－２－１ PEFC用PFS膜の特性とメーカー
　　　　①デュポン社(Nafion)　②旭硝子(Flemion)
　　　　③旭化成(Aciplex)　④ゴア社(Goreselect)
　　２－２－２ PEFC用イオン交換膜の開発方向
　　　(1) PEFC用イオン交換膜の課題
　　　(2) 高耐久性膜
　　　　①フィルム補強膜　②フィラメント補強膜
　　　　③フィブリル補強膜
　　　(3) 高温用膜
　　　(4) 低コスト膜
　　　(5) DMFC用膜
　２－３ 電解質膜の補強技術
　　２－３－１ 膜厚と補強材料
　　　　①膜補強の目的　②膜補強の要件
　　２－３－２ 繊維による膜補強技術
　　　(1) フィブリルによる膜補強
　　　　①補強膜の製法と構造　②補強膜の性能
　　　(2) PTFE繊維による補強膜
　　　　①テープヤーン　②メッシュ織物
　　　(3) 超高分子量PE繊維による補強膜
　　　　①織物、不織布　②加熱プレス　③接着性
　　２－３－３ 微多孔質フィルムによる膜補強技術
　　　　①PTFEフィルム　②超高分子量PEフィルム
　２－４ イオン交換膜の含水性改良技術
　　２－４－１ イオン交換膜の無加湿化
　　　　①アニオン・カチオン複合膜　②触媒含有膜
　　　　③フラーレン膜　④その他
　　２－４－２ 電解質膜・電極の含水調整
　２－５ 電解質膜のメーカー動向
　　２－５－１ 電解質膜の市場とメーカー
　　２－５－２ 各社の製品開発
　　　　①旭硝子　②旭化成　③デュポン社
３．電解質膜・電極接合体の開発動向
　３－１ 電解質膜・電極接合体の製造法
　　３－１－１ MEAの構造
　　　　①イオン交換膜　②ガス拡散膜　③触媒層　④撥水層
　　３－１－２ MEAの製造法(ホットプレス法)
　３－２ 触媒層と電池性能
　　３－２－１ 触媒層の構造と電極性能
　　３－２－２ 白金量と触媒層の電池性能
　　　　①白金量と電池性能　②白金担持率と電池性能
　３－３ 電極触媒の開発動向
　　３－３－１ 電極触媒の現状
　　　　①空気極触媒　②燃料極触媒
　　３－３－２ 白金担持法の技術開発
　　　(1) 白金の微少量化(日本電池)
　　　　①担持技術　②担持量　③粒子径
　　　　④活性表面積　⑤表面積維持率
　　　(2) 白金担持活性炭触媒
　　　　①活性炭の白金担持構造
　　　　②活性炭触媒層の性能　③有機酸の効果
　　　(3) 白金担持ナノホーン触媒(日本電気)
　　　　①ナノホーンの構造　②白金担持特性　③レーザー蒸着法
　３－４ 電解質膜・電極接合体の開発状況
　　　(1) MEAの作製法
　　　(2) 電解質膜の表面粗化処理
　３－５ ガス拡散層、触媒のメーカー動向
　　　　①東レ　②三菱レイヨン　③SGL Carbon社　④その他
４．DMFC用膜・電極接合体の開発動向
　４－１ DMFC用MEAの問題点
　　　　①CO被毒　②メタノールクロスオーバー　③その他
　４－２ DMFC用イオン交換膜の開発状況
　　４－２－１ クラスター径制御と新規電解質膜
　　４－２－２ イオン交換膜の改質と複合化
　４－３ DMFC用触媒の開発状況
５．セパレータ開発動向
　５－１ セパレータの機能と要求特性
　　５－１－１ セパレータの役割
　　５－１－２ セパレータの要求特性
　　　　①電気特性　②機械的特性　③安定性
　　　　④成形性　⑤コスト　⑥耐食性　⑦熱伝導性
　　　　⑧ガス不透過性　⑨その他
　５－２ セパレータの流路と構造
　　５－２－１ セパレータの流路形状
　　　　①複数流路　②分割流路　③ストレート流路
　　５－２－２ セパレータのガス分配と均一性
　　　　①セパレータの燃料欠乏　②中間マニホールドの効果
　５－３ カーボンセパレータの技術開発
　　５－３－１ カーボンセパレータの種類と製造法
　　　(1) 切削加工セパレータ
　　　　①ガラス状カーボン/多孔性カーボン
　　　　②樹脂含浸等方性カーボン
　　　(2) モールド成形セパレータ
　　　　①成形法
　　　　　1)プレス成形　2)射出成形　3)その他
　　　　②成形用材料
　　　　　1)膨張黒鉛　2)樹脂/炭素コンパウンド
　　　　　3)熱硬化性樹脂(炭化焼成)　4)その他
　　　　③各種成形品の電気抵抗
　　５－３－２ カーボンセパレータの開発状況
　　　(1) 材料・成形法の開発
　　　　①メソカーボン小球体　②導電性ゴム
　　　　③黒鉛/エポキシ樹脂　④アモルファスカーボン
　　　　⑤導電性コーティング　⑥スタンピング成形
　　　(2) 繊維の応用開発
　　　　①ガラス繊維　②炭素繊維　③PPS繊維
　　　　④セルロース系不織布
　５－４ 金属セパレータの技術開発
　　５－４－１ 金属セパレータの特性
　　５－４－２ 金属セパレータの課題
　　　　①不動態被膜　②耐腐食性
　　　　③金属イオン溶出　④その他
　　５－４－３ 金属セパレータの開発状況
　５－５ セパレータのメーカー動向
　　５－５－１ 海外メーカー
　　　　①Siemens社　②SGL Carbon社
　　　　③UCAR社　④その他
　　５－５－２ 国内メーカー
　　　　①東海カーボン　②昭和電工
　　　　③日清紡績　④ユニチカ　⑤川崎製鉄
　　　　⑥大日本インキ化学工業　⑦三井鉱山
　　　　⑧三晶化工　⑨日立製作所　⑩その他

　　　　

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