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
　　　　�@固体高分子型(PEFC)　�Aリン酸型(PAFC)
　　　　�B溶融炭酸塩型(MCFC)　�C固体酸化物型(SOFC)
　　１−１−２ 各種燃料電池の応用分野
　　　　�@用途ニーズ　�A出力規模　�B作動温度　�C燃料改質
　　１−１−３ 各種燃料電池の用途別実用化状況
　　　　�@中・大規模発電　�Aコージェネレーション
　　　　�B自動車用　�C可搬型電源　�D携帯機器用
　　１−１−４ 世界の燃料電池メーカー
　　　　�@日本　�A北米　�B欧州　�C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
　　　　�@純水素型　�A燃料改質型　�B直接メタノール型
　　　　�C再生型　�D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
　　　　�@Ballard社　�AUTCFC社　�BHoneywell社
　　　　�CGM社　�D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
　　　　�@構造と発電原理　�Aシステム構成　�B発電性能
　　１−３−３ 超小型DMFCの開発状況
　　　(1) 平面状DMFC
　　　　�@フィルム基板　�Aシリコン基板　�Bスタック積層
　　　(2) チューブ状DMFC
　　　　�@構造　�A電極材料　�B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
　　　　�@水電解装置　�APEFC
　　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)
　　　　�@自動車用　�A家庭用　�B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
　　　　�@出力　�A小型・軽量化　�B耐久性(寿命)
　　　　�C起動・停止　�D負荷変動　�Eメンテナンス
　　　　�F燃料　�Gインフラ整備　�H目標コスト　�I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)
　　　　�@自動車用　�A家庭用コージェネレーション
　　　　�B業務用コージェネレーション　�C可搬型電源　�D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
　　　　�@PEV　�AHEV　�Bメタノール車
　　　　�C天然ガス車　�DLPG車
　　　(3) クリーンエネルギー車のメーカー別出荷台数
　　　　�@トヨタ　�A日産　�B本田　�Cマツダ
　　　　�D三菱　�E富士重工　�Fいすゞ　�Gスズキ
　　　　�Hダイハツ　�I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
　　　　�@純水素　�Aメタノール　�B天然ガス　�Cガソリン
　　　(2) 各種燃料とFCEVのエネルギー効率
　　　　�@燃料効率(Well to Tank)
　　　　�A車両効率(Tank to Wheel)
　　　　�B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
　　　　�@高圧容器の種類と構造　�A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
　　　　�@カーボンナノチューブ　�A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
　　　　�@プロジェクト　�A水素製造法　�B担当企業　�Cその他
　　　(2) 水素の製法別コスト
　　　　�@天然ガス改質　�Aメタノール改質
　　　　�Bアルカリ水電解　�CPEM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
　　　　�@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

　　　　�A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
　　　　�@トヨタ　�A本田　�B日産　�Cマツダ　�Dダイハツ
　　　　�E三菱　�F富士重工　�Gダイムラー−クライスラー社
　　　　�HGM社　�Iフォード社　�JBMW社　�K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
　　　　�@FCEVの目標普及台数
　　　　�AFCEV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
　　　　�@高エネルギー密度　�Aコスト競争力　�B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
　　　　�@DMFC、PEFCの出力密度　�A補助電源併用システム
　　　(2) 燃料電池の応用機器と商品化
　　　　�@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
　　　　�A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

　　　　�@東芝　�Aカシオ計算機　�BNEC　�C日立製作所
　　　　�Dソニー　�E本田　�Fモトローラ社　�GSFC社
　　　　�Hマンハッタン社　�Iフラウンホーファー社
　　　　�JMT社　�KMFCS社　�L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 　　　

　　　

　　　　�@松下電工　�A三井物産　�B荏原バラード
　　　　�Cユアサコーポレーション　�D三洋電機　�ESFC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
　　　　�@電力負荷と出力　�Aユニットの構成機器
　　　(2) 家庭用PEFCシステムの要件
　　　　�@エネルギー効率　�A耐久性　�B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　�@初期導入地域　�A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
　　　　�@PEFCの燃料比較
　　　　　1)都市ガス　2)LPG　3)灯油
　　　　�A改質システム
　　　　　1)改質器　2)シフト器　3)選択酸化器
　　　　�BDDS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
　　　　�@目標普及台数
　　　　�A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
　　　　�@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
　　　　�A宇宙機器用再生型燃料電池
　　　(2) 鉄道車両
　　　　�@燃料電池の用途と要求出力
　　　　�A電池システムの目標性能　�B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
　　　　�@各種プロジェクトのスケジュール
　　　　�A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
　　　　�@東芝IFC　�A三洋電機　�B三菱電機　�C松下電工
　　　　�D松下電器産業　�E荏原バラード　�F三菱重工業
　　　　�G富士電機　�H新日本石油　�I石川島播磨重工業
　　　　�J三井物産　�K大同メタル工業　�Lクボタ
　　３−２−２ 海外メーカー
　　　　�@バラード社　�AUTCFC社　�BHパワー社
　　　　�Cプラグ・パワー社　�Dシーメンス社　�ENFC社
　　　　�FEP社　�Gモザイク社　�Hハイドロジェニックス社
　　　　�Iパルキャン・フュエルセルズ社　�JAvista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
　　　　�@東芝　�Aカシオ計算機　�BNEC　�C日立製作所
　　　　�Dソニー　�E本田技研工業　�Fユアサコーポレーション
　　３−３−２ 海外メーカー
　　　　�@LANL �Aモトローラ社　�Bマンハッタン社
　　　　�CSFC社 �Dフラウンホーファー社　�EMT社
　　　　�FMFCS社　�Gサムスン　�H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
　　　　�@電解質膜　�A触媒　�Bガス拡散層　�CMEA
　　　　�Dセパレータ　�Eスタック技術　�F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
　　　　�@自動車用　�Aコージェネレーション(家庭用、業務用)
　　　　�B可搬型電源　�C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
　　　　�@各部材の単価と目標コスト
　　　　�A90kW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
　　　　�@イオン交換膜　�A白金触媒　�B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
　　　　�@PFSポリマーの合成　�A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
　　　　�@デュポン社(Nafion)　�A旭硝子(Flemion)
　　　　�B旭化成(Aciplex)　�C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
　　　　�@フィルム補強膜　�Aフィラメント補強膜
　　　　�B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
　　　　�@膜補強の目的　�A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
　　　　�@補強膜の製法と構造　�A補強膜の性能
　　　(2) PTFE繊維による補強膜
　　　　�@テープヤーン　�Aメッシュ織物
　　　(3) 超高分子量PE繊維による補強膜
　　　　�@織物、不織布　�A加熱プレス　�B接着性
　　２−３−３ 微多孔質フィルムによる膜補強技術
　　　　�@PTFEフィルム　�A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
　　　　�@アニオン・カチオン複合膜　�A触媒含有膜
　　　　�Bフラーレン膜　�C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
　　　　�@旭硝子　�A旭化成　�B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
　　　　�@イオン交換膜　�Aガス拡散膜　�B触媒層　�C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
　　　　�@白金量と電池性能　�A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
　　　　�@空気極触媒　�A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)
　　　　�@担持技術　�A担持量　�B粒子径
　　　　�C活性表面積　�D表面積維持率
　　　(2) 白金担持活性炭触媒
　　　　�@活性炭の白金担持構造
　　　　�A活性炭触媒層の性能　�B有機酸の効果
　　　(3) 白金担持ナノホーン触媒(日本電気)
　　　　�@ナノホーンの構造　�A白金担持特性　�B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
　　　　�@東レ　�A三菱レイヨン　�BSGL Carbon社　�C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
　　　　�@CO被毒　�Aメタノールクロスオーバー　�B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
　　　　�@電気特性　�A機械的特性　�B安定性
　　　　�C成形性　�Dコスト　�E耐食性　�F熱伝導性
　　　　�Gガス不透過性　�H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
　　　　�@複数流路　�A分割流路　�Bストレート流路
　　５−２−２ セパレータのガス分配と均一性
　　　　�@セパレータの燃料欠乏　�A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
　　　　�@ガラス状カーボン/多孔性カーボン
　　　　�A樹脂含浸等方性カーボン
　　　(2) モールド成形セパレータ
　　　　�@成形法
　　　　　1)プレス成形　2)射出成形　3)その他
　　　　�A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
　　　　�B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
　　　　�@メソカーボン小球体　�A導電性ゴム
　　　　�B黒鉛/エポキシ樹脂　�Cアモルファスカーボン
　　　　�D導電性コーティング　�Eスタンピング成形
　　　(2) 繊維の応用開発
　　　　�@ガラス繊維　�A炭素繊維　�BPPS繊維
　　　　�C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
　　　　�@不動態被膜　�A耐腐食性
　　　　�B金属イオン溶出　�C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
　　　　�@Siemens社　�ASGL Carbon社
　　　　�BUCAR社　�Cその他
　　５−５−２ 国内メーカー
　　　　�@東海カーボン　�A昭和電工
　　　　�B日清紡績　�Cユニチカ　�D川崎製鉄
　　　　�E大日本インキ化学工業　�F三井鉱山
　　　　�G三晶化工　�H日立製作所　�Iその他

　　　　

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