SOFC/SOEC徹底理解

固体酸化物形燃料電池/固体酸化物形電解セルの現状と今後

書籍版／書籍＋PDF版（ＣＤ－ＲＯＭ）

発刊・体裁・価格

発刊　　2025年2月予定
定価　　〇書籍版：64,900円（税込（消費税10％））　〇書籍版＋ＰＤＦ版セット：75,900円（税込（消費税10％））
体裁　　B5判　約250ページ　　ISBN　978-4-86502-281-0　
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本書のポイント

燃料電池・グリーン水素製造水電解ともに高効率のため注目を浴びるSOFC/SOEC
基礎から実用化に向けた取り組みまで大学・企業・研究機関の専門家が動向を執筆した決定版！

執筆者一覧（敬称略）

堀田　照久　　産業技術総合研究所
塩見　岳史　　日産自動車株式会社
山田　哲也　　東京科学大学
久保田　雄太　東京科学大学
松下　真太郎　東京科学大学
金谷　尚樹　　Bloom Energy Japan株式会社
黒羽　智宏　　パナソニックホールディングス株式会社
林　真大　　　株式会社デンソー
長田　憲和　　東芝エネルギーシステムズ株式会社
高木　幹弘　　カーボンニュートラル燃料技術センター
大西　久男　　大阪ガス株式会社
石原　達己　　九州大学
八島　正知　　東京科学大学
佐藤　和好　　群馬大学
須田　聖一　　静岡大学
山岸　新一　　太陽誘電株式会社
李　坤朋　　　横浜国立大学
荒木　拓人　　横浜国立大学
永田　進　　　マグネクス株式会社
山手　駿　　　東京大学
大友　順一郎　東京科学大学
臼井　俊　　　日本特殊陶業株式会社

目次 ※今後更新予定です

第１章　カーボンニュートラルに向けたエネルギー変換技術とSOFC/SOEC
1. 現状認識：温室効果ガス排出と燃料電池・電解技術の役割
2. 燃料電池技術のカーボンニュートラルへの貢献
　2.1　高い電気変換効率による省エネルギー、脱炭素化
　2.2　固体酸化物形燃料電池(SOFC) の作動原理と概要
3. 水蒸気電解技術のカーボンニュートラルへの貢献
　3.1　SOEC での電解反応と効率
　3.2　SOEC の作動条件と特徴


第２章　SOFC/SOECの現状と今後
第１節　SOFC 実用化に向けた動向
第１項　車載実用化に向けた取り組みと課題
1. モビリティへのSOFC 適用事例
2. 車載用SOFC と定置用SOFC の違い
3. 車載実用化に向けた技術課題と開発方向性
　3.1　金属支持型セル
　3.2　セルシール・集電構造
　3.3　燃料改質

第３項　SOFC小型化への取り組み
1. 平板形状セルを利用する理由
2. 液体燃料利用と小型改質器
3. 表面張力を利用した流体輸送機構
4. 小型SOFC 実現のための酸素供給機構
5. 手のひらサイズのSOFC 現状

第４項　産業用SOFC の普及とそのための取り組み
1. 産業向けのSOFC とは？
2. 国内産業用SOFC のこれまでの取り組み
　2.1　2010 年～ 2020 年における産業用SOFC に関連する外部環境
　2.2　国内産業用SOFC メーカーのこれまでの取り組み
　2.3　海外産業用SOFC メーカーのこれまでの取り組み
　2.4　過去に普及しなかった要因
3. 海外で普及する産業用SOFC
　3.1　米国における産業用SOFC の普及状況
　3.2　韓国における産業用SOFC の普及状況
4. 今後の日本における産業用SOFC の普及の展望とそのための取り組み
　4.1　2020 年以降の外部環境の変化
　4.2　政府補助の状況と期待
　4.3　製品に関する習熟度の向上

第５項　プロトン伝導セラミック燃料電池(PCFC) の可能性
1. プロトン伝導セラミック燃料電池について
2. プロトン伝導セラミック材料について
3. プロトン伝導セラミック燃料電池の発電原理と発電効率
4. 純水素燃料電池・水素製造用水蒸気電解装置としての期待
5. PCFC/EC の実用化に向けた課題と今後の開発への期待

第２節　SOEC の実務と可能性
第１項　水電解技術の種類と固体酸化物型セルスタックの詳細・技術課題
1. グリーン水素製造技術
2. 水電解技術の種類
　2.1　アルカリ水電解(Alkaline Water Electrolysis)
　2.2　固体高分子型水電解(Polymer Electrolyte Water Electrolysis)
　2.3　固体酸化物型水電解(Solid Oxide Electrolysis Cell)
　2.4　 アニオン交換膜型水電解(Anion Exchange Membrane Type Water Electrolysis)
3. 固体酸化物型水電解セルスタックの詳細と現状の技術課題
　3.1　固体酸化物型水電解セルの種類
　3.2　固体酸化物型水電解の課題

第２項　高温水蒸気電解による水素製造
1. 高温水蒸気電解の開発動向
2. 高温水蒸気電解システムの課題
3. 高温水蒸気電解システムの開発状況

第３項　SOEC 共電解技術による液体合成燃料開発への取り組み
1. 合成燃料(e-fuel) 導入に向けたわが国の取組み
2. CO₂ からの液体燃料合成の取組み
3. CO₂ からの液体燃料一貫製造プロセス
　3.1　SOEC ( 固体酸化物形電解セル) 電解技術
　3.2　SOEC 共電解によるFT 用合成ガス製造
　3.3　SOEC 共電解における課題
　　3.3.1　SOEC の耐久性向上
　　3.3.2　スケールアップ
　3.4　一貫製造プロセス実証試験
4. まとめと今後の取組み

第４項　SOECメタネーション技術による高効率e-methane製造
1. 天然ガスによる低炭素化とe-methane によるCN 化の推進
2. バイオマス、e-methane の製造・利用サイクル、CO₂ 削減効果
3. SOEC メタネーション技術の概要と特長
4. SOEC メタネーション技術革新に関する大阪ガスの取組み
5. SOEC メタネーションによるe-methane の再エネ輸入キャリアとしての優位性
6. SOEC メタネーション技術が切り拓く“e-methane 革命”の姿

第５項　今後の課題と可能性
1. 現状の課題
2. 酸化物カソード
3. 基板の多孔性制御
4. 高温電解セルの省エネ装置としての可能性


第３章　SOFC/SOEC 材料/ 部材の動向
第１節　電解質材料
1. 本質的な酸素空孔を持つプロトン伝導体の発見
　1.1　プロトン伝導体Ba₅Er₂Al₂ZrO₁₃ の発見
　1.2　プロトン伝導体Ba₂ScAlO₅ の発見とプロトン伝導機構
　1.3　高プロトン伝導体Ba₂LuAlO₅ の発見とプロトン伝導機構
2. 本質的な酸素空孔を持ち、完全水和を示す六方ペロブスカイト関連酸化物の高プロトン伝導体の発見
3. 本質的な酸素空孔を持つ母物質へのドナードーピングにより創製した新物質が示すNorby gap 内の高プロトン伝導
4. 世界最高のプロトン伝導度を示す完全水和したペロブスカイト型酸化物の高プロトン伝導
5. 世界最高の酸化物イオン伝導度を示すオキシクロライドBi_1.9Te_0.1LaO_4.05Cl を創製・発見
6. 世界最高クラスの酸化物イオン伝導度を示すオキシクロライドBi_1.9Te_0.1LuO_4.05Cl を創製・発見
7. 酸化物イオンO^2- とプロトンH⁺ の両方が流れる本質的な酸素空孔を含む新物質を創製・発見

第２節　原料粒子設計に基づく電極の微細構造制御
1. 乾式法および湿式法で合成したNiO/YSZ コンポジット粒子を用いたSOFC アノードの複合構造制御
2. コロイドプロセスを用いた多元素ナノコンポジット粒子の精密合成によるLTSOFCの高性能化

第３節　高温用ガスシール
1．高温用ガスシール材の種類と課題
2．ガスシール特性の評価
3．ガラス材料
4．ガラスセラミック材料
5．ガラス・セラミック複合材料
6．低融点酸化物材料
7．低融点合金材料
8．層状酸化物材料
9．圧着・融着複合材料

第４節　平板型セル開発トレンド
1. SOFC とSOEC の概要
2. セル構成材料とその特徴
　2.1　酸化物イオン伝導電解質材料
　2.2　プロトン伝導性電解質
　2.3　アノード材料
　2.4　カソード材料
　2.5　金属支持材料
3. SOFC/SOEC のセル構造とその進化
　3.1　第一世代: 電解質支持型SOFC
　3.2　第二世代: アノード支持型SOFC
　3.3　第三世代: 金属支持型SOFC
4. 冶金法による金属支持型セルの開発
　4.1　高出力の実現
　4.2　大面積化への挑戦
　4.3　急速昇温特性
　4.4　冶金法で作製した金属支持型セルの課題
5. SOFC/SOEC の応用分野と市場動向におけるセル開発戦略
　5.1　SOFC の応用分野
　5.2　SOEC の応用分野
6. 今後の課題と将来の展望( 次世代セル開発)


第４章　SOFC/SOEC の評価と実務
第１節　特性評価／性能評価
1. 熱力学に決めるSOFC/SOEC 性能上限値
2. SOFC/SOEC 運転中の電圧損失
　2.1　反応過電圧
　2.2　オーム過電圧
　2.3　濃度過電圧
　2.4　リーク電流による損失
3. SOFC/SOEC 電気化学性能の測定技術
　3.1　電流－電圧特性測定
　3.2　電気化学インピーダンス分光法
　3.3　耐久性評価

第２節　SOFC/SOEC の劣化要因と耐久性向上技術及び寿命予測
1. SOFC 部材の劣化要因とメカニズム
2. SOFC セルスタックの性能評価・劣化解析法と対策
3. SOEC の劣化要因分析と対策

第３節　SOFC・SOEC セルおよびスタックの製作と特性のシミュレーション
1. 単セルユニットおよびスタックの基本構造
2. スタックの組み立て
3. SOFC セルおよびスタックのモデル化と特性シミュレーション
　3.1　セルおよびスタックのモデル化
　3.2　SOFC の発電特性に対する温度の分布の影響
　3.3　SOFC のインターコネクタの加工精度の効果
　3.4　40 セルSOFC スタックの発電特性
　3.5　SOFC スタック全体の温度分布
4. SOEC セルおよびスタックの特性シミュレーション
　4.1　SOEC 動作の概要とシミュレーション
　4.2　SOEC におけるセル特性の特徴

第４節　SOFC の技術経済性分析―技術革新を考慮したコストの考え方―
1. 燃料電池の技術革新と経済性
　1.1　燃料電池におけるコストエンジニアリング
　1.2　セルデザイン
　1.3　製造プロセスデザイン
　1.4　システムデザイン
2. 実例
　2.1　電極支持円筒横縞型SOFC
　2.2　電極支持平板型PCFC


第５章　SOFC/SOEC 可逆作動の可能性と実用化に向けた研究
第１節　可逆動作SORC セルとその原理
1. 蓄エネデバイスとしてのSORC の特長
2. SORC に適したセル構成

第２節　小型リバーシブルSOC システムの開発
1. 小型リバーシブルSOC システムの開発
　1.1　ホットモジュール
　1.2　補器類
　1.3　制御機器
2. リバーシブルSOC システムの切換制御
　2.1　電解から発電への切り替え
　2.2　発電から電解への切り替え
3. 今後の展開