直接メタノール形燃料電池（読み）ちょくせつめたのーるがたねんりょうでんち（英語表記）direct methanol fuel cell

日本大百科全書(ニッポニカ)

直接メタノール形燃料電池
ちょくせつめたのーるがたねんりょうでんち
direct methanol fuel cell

固体高分子形燃料電池で、水素のかわりにメチルアルコール（メタノール）を燃料とし、水素ガスに改質せず、その水溶液を負極へ直接導入するもの。メタノール‐空気形燃料電池ともいわれる。日本では、1998年（平成10）より新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO(ネド)）による開発プロジェクトが始動している。電極反応は
　（負極）
　　CH₃OH＋H₂O―→CO₂＋6H⁺＋6e^-
　（正極）
　　1.5O₂＋6H⁺＋6e^-―→3H₂O
　（全体）
　　CH₃OH＋1.5O₂―→CO₂＋2H₂O
のように考えられている。90℃で加圧空気を使用すると約230mW/cm²の出力密度が得られるので、10～1000ワットの可搬形が研究されている。白金‐ルテニウム触媒量として通常2.5～4mg/cm²が必要とされ、100mW/mgの触媒利用率である。しかし触媒量をできるだけ少なくし、コストの削減を図るため、カリフォルニア工科大学では2000年にスパッター析出法によりきわめて活性な無担持形の白金‐ルテニウム触媒を作成しており、0.03mg/cm²という極少量で70～100mW/cm²の出力密度を得ている。この時の触媒利用率は2300mW/mg以上に達する。

　この直接メタノール形燃料電池では、改質器やCO変性器などが不要であり、それだけ小形化が可能である。しかしメチルアルコールが固体高分子電解質膜を透過して正極で酸素と反応し、メチルアルコールの利用率が低下すること、それにより正極電圧が低下し、電池電圧が低くなるなどの課題がある。そのため運転温度を100℃近くに上げて電池電圧を高めたり、またメチルアルコールの透過率を下げるためにポリビニルアルコールにモルデナイトを加えたプロトン導電性の複合膜をはじめ、種々の固体高分子電解質膜が研究開発されている。

　一方、携帯電話などのモバイル機器の消費電力が増大してきており、それに対処するため、リチウムイオン二次電池にかわって、その10倍のエネルギー密度（1300Wh/kg）をもつ超小形で室温作動の直接メタノール形燃料電池の開発が進められている。固体高分子電解質膜の両側に触媒のついたカーボンを塗布したものなどである。この燃料電池の大部分はメチルアルコール水溶液を入れた燃料カートリッジであり、交換して燃料を補給できる。酸素源は空気を利用する。またスタック化して電圧を高めることが可能である。触媒を担持するカーボンに、カーボンナノチューブの一種であるナノホーンを用いるなどの方法により、出力の向上が図られている。

［浅野　満］

『電気化学会編『電気化学便覧』（2000・丸善）』▽『『固体高分子型燃料電池の開発と応用』（2000・エヌ・ティー・エス）』▽『日本化学会編『新型電池の材料化学　季刊化学総説No.49』（2001・学会出版センター）』▽『電池便覧編集委員会編『電池便覧』第3版（2001・丸善）』▽『山田興一・佐藤登監修『新エネルギー自動車の開発と材料』（2001・シーエムシー）』▽『『燃料電池の開発と材料――開発動向と特許展開』（2002・シーエムシー出版）』

[参照項目] | 固体高分子形燃料電池 | 新エネルギー・産業技術総合開発機構 | 燃料電池 | メタノール

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)