水素の使い方 -その２：燃料電池
lenemas水素の使い方について、もっとも身近な例は燃料電池かと思います。例えば、燃料電池自動車（燃料電池車での排水？参照）は商用化されていますし、エネファームなどにも燃料電池が搭載されています。今回は、この燃料電池の基本的な部分をまとめておきます。
燃料電池で用いられる反応
燃料電池は、水素を燃料とし、それを酸素と反応させます。水の電気分解（水素の作り方 -その２；水の電気分解参照）の逆反応ですね。総括式は以下の通りです：
2 H2 + O2 --> 2 H2O …(1)
この反応のエネルギー変化は、熱（エンタルピー）で285.8 [kJ mol-1]、ギブス自由エネルギーで237.1 [kJ mol-1]となります。電圧に換算すると、1.23 [V]です。最大で1.23 [V]が取り出せるという意味ですね。実際には、電気抵抗や触媒反応でエネルギーが使われるので、これよりも小さい電圧でしか動作しません。
燃料電池は、例えば以下の2つの半反応が組み合わさって動作します。
水素酸化＠陽極：H2 --> 2 H+ + 2 e- …(2)
酸素還元＠陰極：O2 + 4 H+ + 4e- --> 2H2O …(3)
両者を足し合わせると、式(1)になりますね。
この酸化と還元をつなぐものとして、固体電解質があります。水素イオン（プロトン）H+が特に素早く動ける膜で、陽極と陰極を挟むと、回路が形成されます。模式図を以下に示します。
このような装置を、固体高分子（ＰＥＭ）形燃料電池と呼びます。
水電解の場合（水素の作り方 -その２；水の電気分解参照）と同様に、高温で酸素イオン電導性を発現する酸化物を使った形「固体酸化物形燃料電池」があります。ここでは詳細を割愛しますが、その他にもアルカリ形、リン酸形、溶融炭酸塩形などがあります。
蛇足ですが、燃料供給ポンプや放熱ファンを使うか否かで、パッシブ型とアクティブ型に区分されます。ポンプやファンを使うのがアクティブ型、使わないのがパッシブ型です。パッシブ型では発電セルに燃料や空気を供給するため、アクティブ型に比べて小型になり，そして低消費電力で駆動できるという利点があります。
