🔥燃料電池（FC）の常識を覆す、画期的な技術が誕生しました。名古屋大学の野呂篤史講師と松下裕秀教授らの研究グループが、あのトヨタ自動車と手を組み、加湿を一切せずに高い性能を発揮する伝導膜の開発に成功したのです。この成果は、未来のクリーンエネルギー社会を支える燃料電池自動車（FCV）をはじめ、様々な燃料電池システムの小型化と低コスト化を大きく加速させる可能性を秘めているでしょう。
これまで、燃料電池が電気を生み出す際に不可欠な主役が、この「伝導膜」と呼ばれる部材です。これは、燃料である水素から生み出されたプラスの電荷を持つ水素イオン（プロトンとも呼ばれます）だけを、効率よく酸素極へと送り届けるパイプ役を担っています。しかし、従来の伝導膜では、この水素イオンを十分に動かすために、常に水蒸気による「加湿」が必要でした。そのため、システム内に複雑な加湿機構を組み込む必要があり、それがコスト増や機器の大型化の大きな要因となっていたのです。
今回、研究グループが開発したのは、その加湿システムを丸ごと不要にするという革新的な伝導膜です。彼らは、ポリマーと呼ばれる高分子材料の内部に、蒸発しにくい不揮発性の酸性液体を染み込ませるという独創的な手法を採用しました。さらに、ポリマーの内部構造を巧みに設計し、この重要な液体が外部へ流出して性能が落ちるのを防ぐ工夫が施されているとのことです。この技術のポイントは、水素イオンを運ぶ媒体として「水」ではなく、液体として保持された「酸」をうまく利用している点にあると言えるでしょう。
実際にその性能を評価したところ、驚くべき結果が示されました。摂氏95度の高温環境下で稼働させた場合、既存の燃料電池で一般的に用いられている膜と比較して、水素イオンの動きが約1.4倍も速くなったというのです。さらに特筆すべきは、従来の膜では性能がほとんど発揮できなかった摂氏100度以上の環境でも、この新開発の伝導膜は十分に高い伝導性を示した点です。これは、燃料電池の利用可能温度範囲を大幅に拡大し、冷却装置などの簡略化にもつながる、極めて重要なブレイクスルーだと私は考えます。
耐久性についても期待が高まっています。摂氏95度の環境で300時間連続して放置した後も、この伝導膜に目立った劣化は見られなかったとのことで、実用化に向けた大きな手応えを感じさせます。この高い耐久性こそが、長期にわたる安定稼働が求められる自動車用途などにとって、最も重要な要件の一つとなるでしょう。研究グループは今後、実用化を目指して、燃料電池に組み込むための弾性などの物理特性を高める改良を進めるとともに、実際に組み込んだ状態での性能評価を実施していく計画とのこと。
このニュースが報じられた2019年6月4日当時、SNS上でも大きな反響を呼びました。特に技術に詳しい層からは「加湿が不要になるのは、FCVの普及にとっての大きな壁が一つ崩れることを意味する」「冷却システムも簡略化できれば、本当にコストダウンにつながる」といった、実用化への期待を示す声が多く見受けられました。「燃料電池の未来が変わるかもしれない」と、この革新的な技術の重要性を認識するコメントも目立ちました。
私見として、この技術は単なる性能向上に留まらず、燃料電池の「使いやすさ」を根本から変える可能性を秘めています。燃料電池はクリーンなエネルギー源として注目されていますが、その普及には「コスト」と「サイズ」が常に課題でした。加湿システムが不要になることで、燃料電池スタックをよりシンプルに、より小さく設計することが可能になり、それはそのまま製造コストの削減に直結するでしょう。今回の名古屋大学とトヨタ自動車の共同研究が、FCVのみならず、家庭用のエネファームのような定置型燃料電池や、ドローンなどの小型電源としての利用拡大に弾みをつけることを強く期待します。
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