Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
» プロトン交換膜燃料電池(PEMFC)

プロトン交換膜燃料電池(PEMFC)

1960
  • Willard Thomas Grubb
  • Leonard Niedrach
エネルギー変換技術を紹介する実験室での固体高分子形燃料電池。.

(画像はイメージです)

プロトン交換膜 燃料電池 PEMFC(プロトン交換膜燃料電池)は、ナフィオンなどの固体高分子膜を電解質として使用します。この膜は、陽極から陰極へプロトン([latex]H^+[/latex])を選択的に伝導します。PEMFCは低温(通常50~100℃)で動作するため、迅速な起動とコンパクトな設計が可能です。白金系触媒の被毒を防ぐため、燃料として高純度水素が必要です。

The heart of the PEMFC is the membrane electrode assembly (MEA), which consists of the proton-exchange membrane sandwiched between two catalyst-coated electrodes. At the anode, hydrogen gas is split into protons and electrons: [latex]H_2 \rightarrow 2H^+ + 2e^-[/latex]. The solid polymer membrane, which is an electrical insulator, allows only the protons to pass through to the cathode. The electrons are forced to travel through an external circuit, generating the electrical current. At the cathode, oxygen from the air, the protons from the membrane, and the electrons from the external circuit combine to form water: [latex]O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O[/latex].

A critical aspect of PEMFC operation is water management. The membrane must remain hydrated to maintain its proton conductivity, but excess water at the cathode (product water) can block the flow of oxygen to the catalyst sites, a phenomenon known as ‘flooding’. The low operating temperature makes PEMFCs susceptible to catalyst poisoning, particularly from carbon monoxide (CO) present in reformed hydrogen, which binds strongly to the platinum catalyst sites. This necessitates the use of very pure hydrogen fuel, increasing operational costs.

UNESCO Nomenclature: 3305
エネルギー技術

タイプ

物理デバイス

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ウィリアム・グローブによる燃料電池の発明(1838年)
  • デュポン社のウォルター・グロットによる、初のイオン交換ポリマー膜であるナフィオンの開発(1960年代後半)
  • 白金の触媒特性に関する研究

アプリケーション

  • propulsion systems for fuel cell electric vehicles (FCEVs) like the Toyota Mirai and Hyundai Nexo
  • 重要インフラ向けのバックアップ電源装置
  • レクリエーション用および軍事用の携帯型発電機
  • フォークリフトなどの資材運搬車両
  • NASAのジェミニ計画宇宙船の電源

特許:

  • US2913511A (Willard T. Grubb, 1959)

潜在的なイノベーションのアイデア

ボットによるトラフィック(現在1日あたり4万件以上)を排除するため、このコンテンツはコミュニティメンバー限定となっています。
> ログイン < または > 登録 < (100%無料)でこれにアクセスできます。他のすべての制限付きコンテンツとツールも同様です。

関連キーワード:PEMFC、プロトン交換膜、ナフィオン、触媒、白金、水素燃料、膜電極接合体、低温、自動車、ゼネラル・エレクトリック。

歴史的背景

プロトン交換膜燃料電池(PEMFC)

1960
1960
1960
1960
1962
1964
1970
1960
1960
1960
1960
1960
1963
1965-12-21
1970

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

関連する発明、革新、および技術原理

フルサイズの画像とダウンロードは、登録会員のみが100%無料で利用できます。