リチウムイオンキャパシタと燃料電池のハイブリッドシステムの特徴

燃料電池とは

燃料電池とは、水素と酸素の化学反応（水の電気分解の逆反応）により、電力と熱を発生させる技術です。

まず、燃料電池は、燃料として水素を使用するため、燃焼による二酸化炭素や窒素酸化物の排出がほとんどありません。そのため、環境に優しいエネルギー源として注目を集めています。

燃料電池のメリット

燃料電池は、発電効率が高く、燃費が良いため、燃料電池車などの利用によって、より効率的にエネルギーを活用することができます。さらに、燃料電池車は、電気自動車に比べて、燃料を補給する時間が短く、走行距離も長いという利点があります。

また、燃料電池は、エネルギーの供給源として非常に汎用性が高く、建設機械や発電所、船舶、鉄道など、様々な分野で活用が期待されます。

さらに、燃料電池は、電力需要の増加に伴う電力網の負荷分散にも役立ちます。燃料電池発電システムは、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー源と組み合わせて使用することができ、需要に応じて適切に電力を供給することができます。

このように、燃料電池は、環境問題やエネルギー問題に対する解決策として、ますます注目を集めています。今後も、燃料電池の研究や普及が進むことによって、より持続可能な社会の実現につながることが期待されています。

燃料電池の課題

一方で燃料電池にはいくつかの課題があります。その中でも、出力変動による劣化やエネルギー回生が使えないというデメリットについて、簡単に説明します。

出力変動による劣化

まず、燃料電池は、燃料として水素を使用するため、水素の供給が安定していない場合、出力が不安定になります。これは、燃料電池の性能や寿命に影響を与える可能性があるため、問題となります。

また、燃料電池の出力量が変動することがあります。たとえば、燃料電池車は、加速時や上り坂などでは定常走行時より大きな電力を必要とするため、出力が変動します。このような急速な出力変動は、燃料電池の寿命を縮める原因となることがあります

エネルギー回生が使えない

さらに、燃料電池は、回生エネルギーを蓄電出来ないというデメリットがあります。

回生エネルギーとは、ブレーキをかけるなどして発生したエネルギーを電力に変換して回収、再利用することです。しかし、燃料電池では、ブレーキをかけたときに発生するエネルギーを回収することができないため、エネルギーの利用効率が低下する可能性があります。

リチウムイオンキャパシタと燃料電池のハイブリッドシステムシステム

これらの問題を解決するために、様々な技術の研究や開発が進んでいます。例えば、電力の出力変動を抑制するために、もしくはエネルギー回生を可能にするために、燃料電池とリチウムイオンキャパシタを組み合わせたハイブリッドシステムが開発されています。

リチウムイオンキャパシタとは

リチウムイオンキャパシタ(LIC)とは、一般的な電気二重層キャパシタの原理を使いながら負極材料としてリチウムイオン吸蔵可能な炭素系材料を使い、そこにリチウムイオンを添加することでエネルギー密度を向上させたキャパシタです。

リチウムイオンキャパシタ(LIC)は、長寿命で安全性が高く、高い入出力性をもつという特徴に加えて、燃料電池と違ってエネルギー回生を活用できます。

ハイブリッドシステムとは

この燃料電池とリチウムイオンキャパシタの両者の特性を生かして、開発されたのが、

燃料電池とリチウムイオンキャパシタを組み合わせたハイブリッドシステムです。

リチウムイオンキャパシタの負荷変動応答性という特徴を活用することで、燃料電池の負荷変動による劣化を抑制することができ、結果として燃料電池の寿命延長につながるというわけです。自立運転時に出力変動への瞬間的な対応が必要となる用途へは、高入出力特性をLICを搭載することで瞬時に大電流放電が可能となり、発電装置の利便性向上を実現しました。

またリチウムイオンキャパシタの持つ回生を活用することで、出力を上げつつも、全体のシステムのエネルギー効率を向上させることもできます。

燃料電池とのハイブリッドシステムといえば、リチウムイオン電池を思い浮かべがちですが、リチウムイオンキャパシタとのハイブリッドシステムは、全体のシステム自体の重さや大きさを小さくすることができ、長寿命で安全性も高いという特徴を持ちます。

このシステムの具体的な事例として、燃料電池車や燃料電池フォークリスト、燃料電池発電機などが既に実用化されています。

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