Nafion™（ナフィオン™）膜で燃料電池を動かす

より安全でよりクリーンな世界を動かす燃料電池

燃料電池は、燃料（通常は水素と酸素）の化学エネルギーを電気化学反応によって電気に変換する電気化学電池です。多くのグリーンエネルギーへの取り組みを補完するものであり、あらゆる規模のクリーンエネルギーを提供する上で重要な役割を果たします。

地球温暖化物質の大幅な削減を義務付ける国際的な規制により、燃料電池の採用はますます重要になってきています。世界の燃料電池市場は、以下のような広範囲にわたる使用例において、2025年までに年平均成長率（Compound Annual Growth Rate：CAGR）20.9%の成長が見込まれています^[1]。

• 小型電気自動車、ハイブリッド車、大型輸送車、資材運搬車両の動力源
• 建物の非常用電源
• 電気通信ステーションなどの用途のためのオフグリッド電源
• 産業プラントや自治体向けのメガワット規模の非常用電源やオフグリッド電源システム

すべての使用例に共通する特徴は、耐久性と性能を備えたイオン交換膜が必要であるということです。Nafion™（ナフィオン™）プロトン交換膜（PEM）はこのニーズに応えます。

^[1] https://www.businesswire.com/news/home/20181204005535/en/Global-Fuel-Cell-Market-Size-Share-Trends

水素を動力源とするPEM形燃料電池の導入はすでに始まっていますが、チャンスはたくさんあります。その理由の1つがPEMの運用効率と高い持続可能性であり、交通・輸送産業で従来の動力源に代わる有力な選択肢となっています。

燃料電池の利点

さまざまな燃料源を利用でき、蓄電池や燃焼機関といった従来の動力源にない運用上の利点があるため、燃料電池を取り入れる産業が増えています。燃料電池には次のような利点があります。

• 航続距離と燃料補給のしやすさ – 蓄電池とは異なり、燃料電池は別途充電する必要がなく、燃料電池車は、従来のガスエンジンとほぼ同様の速度で燃料を補給できます。
• 効率性 – 燃料電池なら、燃料を追加するだけで容量を2倍にできます。そのため、積載量が重要な用途（長距離トラック輸送など）では、走行距離あたりの積載重量を考えると燃料電池のほうが効率的です。また、燃料電池は、燃料の化学エネルギーを利用可能な電気エネルギーに直接変換するため、ディーゼルやガスの内燃機関よりも2～3倍効率よく作動します。
• 持続可能性 – 水素を燃料とする燃料電池は水と熱しか排出しないため、周囲の空気はきれいで、安心して呼吸ができます。
• 汎用性 – 燃料電池は用途に合わせて調整することができます。例えば、対象が1台の自動車なのか、バス会社の保有車両全体なのか、地域全体に電力を供給する送電網なのかによって、電力量を調整します。定置型燃料電池システムは、再生可能エネルギーのような断続的な電源がエネルギー需要に対応できない場合に補助的に電力を供給し、エネルギー送電網のバランスを取る役目を担うこともできます。

プロトン交換膜による伝導性と耐久性の向上

燃料電池には、アルカリ形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、Nafion™（ナフィオン™）のようなプロトン交換膜形燃料電池など、さまざまな種類があります。中でも、Nafion™（ナフィオン™）のようなプロトン交換膜（proton exchange membrane：PEM）形は、輸送やマテリアルハンドリングの用途で主要な選択肢となっています。その理由は、副産物を最小限に抑えつつ、最大限の性能を発揮するところにあります。

最も一般的なタイプのPEM形燃料電池は、純粋な水素ガスで作動します。水素のほかに、空気中の酸素と水があれば、燃料電池は作動します。電解質膜で隔てられた2つの単純な化学反応であるため、電気、水、熱が使えます。

Nafion™（ナフィオン™）膜を使用すると、何年も効率よく稼働する燃料電池を作ることができます。エンジニアや設計者が燃料電池にNafion™（ナフィオン™）PEMを採用するのは、以下のような特性のためです。

• 厚み
• 伝導率
• 強度
• 水を吸収しにくい
• 化学的耐久性

こうした特性は、新しい設計や使用条件の要件を満たすために活用できます。具体的には、Nafion™（ナフィオン™）PEMを使用した燃料電池には以下の特徴があります。

• 太陽光や風力などの断続的な再生可能エネルギーとの相性が良い
• 比較的低い温度で動作する
• 変動する所要電力に応じて電気出力を調整する

結果として、PEMを用いた燃料電池は、軽量自動車や多くの据置型用途のための先進技術と見なされています。

Nafion™（ナフィオン™）材料に関して、Chemours（ケマーズ）は完全に統合されたサプライチェーンを有し、高品質の上流原料を入手する手段を確保しています。そのため、Chemours（ケマーズ）は供給を制限したり中断したりすることなく、長期的な需要の増加に対応できます。