知っているようで実は知らない!?　燃料電池の仕組みを「ホンダCR-V e：FCEV」で学ぶ の画像

1/14ホンダ最新のFCEV「CR-V e：FCEV」。容量17.7kWhのリチウムイオンバッテリーを搭載した、プラグインハイブリッド車でもある。

2/14燃料電池の仕組みの図説。FCEVや家庭用電源に使われる燃料電池は、電解質に高分子膜を用いた固体高分子膜型（PEFC）が主流で（ほかに固体酸化物形、リン酸形、溶融炭酸塩形などがある）、発電効率が高く、作動温度が低く、軽量小型にできるといった特徴を持つ。（写真：メルセデス・ベンツ）

3/14一般的なFCスタックのセルの構造は、電極集合体をセパレーターで挟んだものだ。セルを直列で積層していく場合、一枚のセパレーターは隣のセルのセパレーターにもなるので（隣り合った家の間の塀をご想像ください）、FCスタックは電極集合体とセパレーターを交互に重ねていったような構造となる。（写真：メルセデス・ベンツ）

4/14無数のセルを積層した「BMW iハイドロジェン ネクスト」のFCスタック（2019年）。（写真：BMW）

5/14「CR-V e：FCEV」に搭載されるFCスタック。ポンプやら加湿器やらコンプレッサーやらが付いているのでゴチャゴチャして見えるが、FCスタックそのものは、比較的シンプルな四角い形をしている。

6/14「CR-V e：FCEV」のセルに用いられる電極集合体（写真右下）とセパレーター（同左上）。新しいFCスタックでは、セルの発電部の面積を最適化することで一枚あたりの出力を向上。補器類の省電力化とも相まって、「クラリティ フューエルセル」のFCスタックより15％も積層数を減らしながら、同等のネット出力を実現している。

7/14セパレーターは非常に薄い2枚の金属プレートを重ねて製作。その内部を冷却水の流路としている。これまでは、セパレーターと電極接合体の樹脂枠の両方に冷却水の流路が必要だったが、新型のFCスタックでは、冷却機能をこのセパレーターに集約。構造のシンプル化と材料コストの低減を実現している。

8/14FCセルの断面図。中央の黒い帯が電極集合体で、その上下を2枚の金属プレートからなるセパレーターが挟んでいる。電極集合体とセパレーターのすき間を水素／空気が、セパレーター内の空洞を冷却水が通る。

9/14「セルのどこをナニが通っているか」を説明するために、ホンダが用意した“本”状の模型。こちらは水素極側の様子で、電極集合体とセパレーターの間を水素（緑のバー）が、セパレーターの内部を冷却水（青いバー）が通過しているのがわかる。

10/14FCセルの端部の断面。従来のFCスタックでは、絶縁のために外周部をゴム被膜で覆い、気密性を高めるためにシリコンゴムシールを用いていたのだが、新しいスタックのセルはご覧のとおりのシンプルなもの。外周部の絶縁はスタックの構造によって対応。気密性の保持は、セパレーター自体の中空バネ構造を用いたメタルシールと、端部の溶接シール、凸部のマイクロシールで対応している。

11/14新しいFCセルでは、素材コストの削減や製作工程の効率化も考慮。セパレーターについては、チタン／カーボンのコーティングをプレス成形前に行うことで、連続処理を可能とした。また電極集合体では、成形をエンジニアリングプラスチックの精密射出成形から汎用（はんよう）プラスチックフィルムの打ち抜き成形に変更。電解質膜の製造時に必要だった副資材のベースフィルムを不要とした。

12/14こちらはFCスタックの湿度を保つ、要するに加湿器。燃料電池では触媒が適度に湿った状態でないと効率的な反応が行われず、湿度が不十分だと電極集合体が破壊される恐れもある。高精度な湿度管理は、温度のそれと並んで重要な技術なのだ。

13/14車体の後方に搭載される、2本の巨大な水素タンク。充てん時に過度にふくらまないよう、コイルの入ったリングで固定されている。

14/14「ホンダCR-V e：FCEV」のカットモデル。FCスタックの改良はもちろんだが、メーカーには水素を入れる容器や、“水素そのもの”の革新にもぜひ取り組んでほしい。