摘 要：为了应对伴随新兴国家经济增长而来的石油需求的快速增长、气候变化和空气污染等环境问题以及资源和能源问题，以汽车电动化为中心的下一代汽车的普及迫在眉睫。作为支持汽车电动化的电源，市场上存在使用二次电池的EV（电动汽车）和使用氢燃料的FCV（燃料电池汽车）。氢和电能都是二次能源，可以高效地相互转化，由此，整个社会在能源生产、储存和运输方面可以相互补充。可以使用氢作为燃料发电并将其转换为动力的燃料电池被认为是未来移动交通领域电动化的重要能源装置之一。由于50年后的社会难以预测，因此在本文中将报告有关汽车动力源的历史、当前燃料电池以及未来燃料电池的研究结果。
关键字：固体高分子型燃料电池（PEFC），燃料电池汽车（FCV），零排放汽车（ZEV）,燃料电池，氢能
1、 前言
在汽车发达国家，对于汽车尾气问题已经有了大概的应对方法。可以说，通过节约能源，提高燃油效率和减少二氧化碳来保护全球环境比以往任何时候都变得更加重要。特别是为了应对伴随新兴国家经济增长的石油需求急剧增加带来的能源安全、气候变化和大气污染等环境问题，以车辆的电动化为中心的下一代汽车的普及至关重要。而且，近年来，人们对于汽车有了更多前所未有的新功能和服务的需求，对汽车电动化的需求也在迅速增加。
以二次电池为动力源的电动汽车正在快速普及；另一方面，燃料电池能够以氢为燃料发电并转化为动力，是今后交通手段电动化中重要的能源设备之一。
虽然无法准确预测50年后的社会和FCV，但笔者借此次机会，在本文中就汽车动力源发展的历史、当前的燃料电池以及未来的燃料电池等，对相关资料和论文等进行调查，并介绍调查结果以及笔者（AIpatent认证专家库成员，欲知详情可联络support@aipatent.com）的个人观点。
2、汽车动力源的历史
汽车使用的第一个动力源是蒸汽机。1769年法国陆军技术大尉尼古拉·居纽以蒸汽压力驱动活塞，在巴黎的炮兵工厂制造了第一辆汽车1），用于牵引大炮。此后，蒸汽汽车代替马车作为交通工具逐渐被社会所接受。但是，蒸汽机的尺寸大，重量重，启动时间长，对一般用户而言维护困难。
为了解决蒸汽汽车的这些问题，对内燃机的研究也取得进展，最终德国的卡尔·本茨在1886年获得汽油发动机汽车的专利2）。
另一方面，自18世纪末以来，蓄电池的开发也在不断进步，19世纪中叶还开发出可实用的电动机，以及可以再充电的二次电池。因为不像汽油汽车在行驶中会产生噪音和尾气等问题，所以电动汽车实现的可能性以及人们的期待也随之增加。
19世纪末是摸索蒸汽、电力、汽油等，何种动力最适合汽车的时代。
进入1900年代，亨利·福特于1903年创立了福特汽车公司。其立志“为大众制造汽车”，并于1907年推出T型福特3）。以此为契机，汽车逐渐向大众普及。1920年代，汽油发动机成为汽车动力源的主流。1930年在得克萨斯发现了巨大的油田，20世纪成为了廉价且不需要维护费的汽油汽车的时代。
但是，到了20世纪后半段，为治理尾气，以及应对近年来地球变暖问题，必须削减C02，从而使二次电池再次受到关注。同时，作为新的动力源的选择，燃料电池登场了。1839年，英国的William Grove首次成功使用燃料电池进行发电。首次投入实际使用是在1965年，美国通用电气公司制造的固体高分子型燃料电池作为飞行记录仪等的电源被安装在双子座飞船上4）。
从1990年代初起，大型汽车制造商开始开发使用燃料电池作为汽车动力源的燃料电池汽车（FCV），2002年丰田（FCHV-adv）和本田（FCX）在全球率先开始商用燃料电池汽车的限量销售。2014年，丰田发售世界上第一辆市售燃料电池汽车MIRAI（未来），本田随后发售Clarity（图1）。通过提高电堆的输出密度，从外观上也可以很容易地看出，燃料电池在汽车中的搭载性在近10年间有了显著的提高。
图1 燃料电池汽车（FCV）
3、固体高分子型燃料电池的现状
根据电解质的材料和工作温度，燃料电池可以大致分为磷酸型、熔融碳酸盐型、固体电解质型以及固体高分子型。其中，使用固体高分子膜作为电解质膜的固体高分子型燃料电池具有最低的工作温度和高启动性的特点。目前市面上销售的FCV上搭载的燃料电池即是固体高分子型。
图2是固体高分子型燃料电池的基本结构的示意图，可以看出，其由电极夹着电解质膜的膜-电极组件（MEA:Membrane-Electrode Assembly）构成。
氢和空气分别供应到阳极和阴极，通过氢氧化反应和氧还原反应产生电能。通过堆叠单电池来制作电池堆。通过增加电极面积可以增大电流，通过增加堆叠数，可以增大电压。但是考虑到要将其安装在空间有限的汽车中，则需要在不增加面积的前提下增大电流密度、减小单电池的厚