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燃料電池の開発と材料―開発動向と特許展開―

  • Development of Fuel Cell & Their Materials
★ エネルギー革命!次世代のエネルギーシステム
★ 燃料電池の世界市場は2010年に数十兆円、2020年には300兆円規模へ!
★ 巨大マーケットに向け本格離陸間近に迫る!新規産業誕生の可能性も!
★ 用途も広範、携帯タイプから自動車、事業用発電システムまで!
★ 最も注目される固体高分子型から固体酸化物型、溶融炭酸塩型まで11タイプに整理!
★ 特許公開公報2、673件の精査、分析による生々しい開発展開を探る!

商品コード: Z0155

  • 監修: シーエムシー出版・制作協力クレストン
  • 発行日: 2002年5月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、315ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-358-8
こちらの書籍については、お問い合わせください。

刊行にあたって

 温暖化防止、循環型社会の実現という地球規模の要求が高まるなか、廃棄物を出さず、かつ二酸化炭素削減の切り札でもある燃料電池は、極めて大きな期待を受け、最も注目されている官民をあげた大型プロジェクトである。さらに、従来の化石燃料にかわり水素を燃料とすることからも、「燃料電池によるエネルギー革命」をもたらし、周辺産業を含めた巨大市場の創世が期待されている。
 燃料電池の世界の市場規模は、2010年に数十兆円、2020年には300兆円規模へ、日本国内においても各々4兆~5兆円、30兆円の巨大マーケットが見込まれている。
 用途は、携帯電話サイズから、試験走行が始められている自動車用電源、家庭用から大規模集中発電システムまでと広範である。このことは、まさにエネルギー供給システム自体の根本的な変革をもたらす可能性を示している。
 本レポートでは、特許展開から、この本格的な実用化が迫る燃料電池について、その開発の生々しい現場を探った。特許公開公報の調査件数は2、673件である。最も注目される固体高分子型を第2編とし、リン酸型、溶融炭酸塩型ほかを第3編に整理した。
 関連産業に係わる企業の方々、さらにこれらに注目される方々に本レポートのご購読をお勧めします。

目次

【第1編 燃料電池の技術と展開】
第1章 燃料電池の技術と開発
1. 燃料電池の発電原理
(1) 燃料、酸化剤
(2) 電解質
(3) 電極
(4) 触媒
(5) 再生型燃料電池
2. 燃料電池の特徴
(1) エネルギー変換効率
(2) 起電力
(3) 排出物
(4) 電池本体の基本構造と周辺装置
(5) 課題
3. 燃料電池の種類
4. 燃料電池の開発経緯
5. 燃料電池の用途と業界動向
(1) 燃料電池の特徴と用途
 [1] アルカリ型燃料電池
 [2] リン酸型燃料電池
 [3] 溶融炭酸塩型燃料電池
 [4] 固体高分子型燃料電池
 [5] 固体酸化物型燃料電池
 [6] 直接メタノール型燃料電池
(2) 燃料電池自動車の開発動向

第2章 燃料電池の特許展開
1. 公開特許公報の特許展開
2. 調査分析対象
3. 特許展開

【第2編 固体高分子型燃料電池】
第3章 固体高分子型燃料電池
1. 概要
(1) 燃料電池の基本構造
(2) 電池の構成部材
 [1] 電解質
 [2] 電極
 [3] 集電板
 [4] セパレータ
(3) 課題

2. 特許展開
(1) 電解質
 [1] フッ素系高分子電解質
 [2] 炭化水素系高分子電解質
 [3] 酸塩基型炭化水素系高分子電解質
 [4] その他の固体高分子電解質
 [5] 液体電解質含浸型
(2) 電解質膜
 [1] 電解質と多孔質体
 [2] 電解質と混合物
 [3] 電解質と織布
 [4] 電解質膜の形状
 [5] 電解質膜の膜特性
 [6] 電解質膜の複層構造
 [7] 電解質膜の形成、加工法
(3) 電極/ガス拡散層
 [1] ガス拡散層の基材
 [2] ガス拡散層の混合材
 [3] ガス拡散層の構造、形状
(4) 電極/触媒層
 [1] 触媒層の構成
 [2] 触媒
 [3] 導電材
 [4] 高分子電解質
 [5] その他の添加剤
 [6] 触媒層中の触媒分布
 [7] 触媒層中の触媒担持体構造
 [8] 複層型の触媒層
 [9] 触媒層の構造、形状
(5) 触媒層の形成方法
 [1] 触媒層の形成材料
 [2] 電極基板上の触媒層の形成方法
(6) 電解質膜と電極の接合体
 [1] 電解質膜と電極の接合体の形状、材料
 [2] 電解質膜と電極の接合体の形成方法
(7) 中間層 
 [1] 電解質膜と電極間の中間層
 [2] 触媒層とガス拡散層間の中間層
 [3] 電極と集電板間の中間層
(8) 電解質膜の補強材
(9) 集電板
(10) セパレータ
 [1] セパレータ材料
 [2] セパレータの被覆層
 [3] 流路溝内面の被覆層
 [4] セパレータの材料特性
 [5] ガス流路溝の平面構造
 [6] ガス流路溝の断面形状
 [7] 補助構造
 [8] 製造法
 [9] セパレータ同士の接合体
 [10] 複合型セパレータ
 [11] セパレータのセル挟持構造
(11) ガス流路板
(12) シール
 [1] セパレータによる単セル両面の単純挟持
 [2] セパレータのシール部による電解質膜の挟持
 [3] セパレートによるシール材を介した電解質膜の挟持
 [4] セパレータによる単セル外周縁部のシール材の挟持
 [5] その他のシール構造
 [6] セパレータに一体化したシール材
 [7] シール材料
 [8] シール部周辺の補助材
(13) 電解質膜の加湿方法

【第3編 個別燃料電池】
第4章 リン酸型燃料電池
1. 概要
(1) 電極反応
(2) 燃料電池の基本構造
(3) 電池の構成部材
 [1] 電解質
 [2] マトリックス
 [3] 電極基板
 [4] 触媒層
 [5] リザーブプレート
 [6] セパレータ
 [7] シール
 [8] その他
(4) 課題
2. 特許展開
(1) セル構造
(2) 電解質
(3) マトリックス
 [1] 構造、材料
 [2] 製造方法
(4) 電極基板
 [1] 構造、材料
 [2] リブ付基板/シール
 [3] リブ付基板/流路形状
 [4] リブ付基板/その他
 [5] 製造方法 
(5) 電極/触媒層
(6) リザーブプレート
 [1] 構造、材料
 [2] 撥水層
 [3] 製造方法
(7) セパレータ
(8) シール
(9) その他

第5章 溶融炭酸塩型燃料電池
1. 概要
(1) 電極反応
(2) 燃料電池の基本構造
(3) 電池の構成部材
 [1] 電解質
 [2] マトリックス
 [3] 電解質板
 [4] 電極基板
 [5] セパレータ
 [6] シール
 [7] その他
(4) 特徴・課題
2. 特許展開
(1) 反応ガス
(2) 電解質
 [1] 材料
 [2] 製造方法
 [3] 常温溶融塩型電解質
(3) マトリックス
 [1] 材料
 [2] 粒子形状
 [3] マトリックス材粒子の表面処理
 [4] マトリックス材と補強材
 [5] マトリックスの細孔
 [6] マトリックスの複層構造
 [7] 製造方法
(4) 電解質板
 [1] 材料
 [2] 構造
 [3] 製造方法
(5) 電解質板補強材
(6) 電解質板添加材
(7) 電極基板
 [1] 材料/負極
 [2] 材料/正極
 [3] 形状、構造
 [4] 製造方法
 [5] その他
(8) セパレータ
 [1] セパレータ周辺
 [2] セパレータ
 [3] 集電板
 [4] ガスチャンネル板
(9) リザーバ
(10) シール
(11) その他

第6章 液体電解質型燃料電池
(1) マトリックス
 [1] 材料
 [2] 製造方法
 [3] 電解質の含浸法
(2) 電極基板
 [1] 構造、材料
 [2] 製造方法
(3) 電極/触媒層
(4) 中間層
(5) リザーブプレート
(6) セパレータ
(7) シール材
(8) 電解質の補給

第7章 直接メタノール型(直接ジメチルエーテル型)燃料電池
1. 概要
(1) 電極反応
(2) 電池の基本構造
(3) 電極、触媒
(4) 特徴、課題
(5) 直接ジメチルエーテル型
2. 特許展開
(1) 直接メタノール型
 [1] 高分子電解質
 [2] 高分子電解質膜
 [3] 触媒
 [4] セパレータ
 [5] 整流板
 [6] 集電板と撥水性樹脂膜
(2) 直接ジメチルエーテル型

第8章 異性多重酸型燃料電池
1. 概要
(1) 異性多重酸型電解質
(2) 電極反応
2. 特許展開

第9章 低温型燃料電池
(1) 電極/ガス拡散層
 [1] 構造、材料
 [2] 製造方法
(2) 電極/触媒層
 [1] 触媒
 [2] 触媒担持体
 [3] 触媒層の補助部材
 [4] 触媒の分布 
 [5] 触媒層の構造
 [6] 触媒層の形成方法
(3) 集電板
(4) セパレータ
 [1] 材料
 [2] 製造方法
(5) シール

第10章 プロトン伝導性固体酸化物型燃料電池
1. 概要
2. 特許展開

第11章 固体酸化物型燃料電池
1. 概要 
(1) 電極反応
(2) 燃料電池の基本構造
(3) 電池の構成部材
 [1] 電解質
 [2] 電極
 [3] インターコネクタ(セパレータ)
(4) 課題
2. 特許展開
(1) 電池の種類とセル形状
 [1] 円筒積み重ね型/円錐型
 [2] 円筒縦縞型(WH型)
 [3] 円筒横縞型
 [4] 平板型
 [5] 波形一体型
 [6] ハニカム型
 [7] その他
(2) 電解質
 [1] 電解質材料と電解質膜
  1) ZrO2系
  2) ZrO2-Y2O3
  3) ZrO2-Sc2O3
  4) ZrO2-YbO3
  5) Y2O3-NbO5
  6) CeO2
  7) 蛍石型その他
  8) 欠陥ペロブスカイト型
  9) 共通
 [2] 複層構造の電解質膜
 [3] 電解質膜の形状
 [4] 電解質膜の形成方法
  1) CVD-EVD法
  2) CVD法
  3) PVD法
  4) イオンプレーティング法
  5) プラズマ溶射法
  6) 超音波熱分解法
  7) 電気泳動電着法
  8) 電解析出法
  9) スラリーコート法/共通
  10) スラリーコート法/ディッピング法
  11) スラリーコート法/ドクターブレード法
  12) 型注入法
  13) ゾルゲル法
  14) グリーンシート法
  15) テープキャスト法
  16) ホットプレス法
  17) グリーンシート法
  18) 共通
(3) 電極/正極
 [1] 材料
  1) 円筒縦縞型
  2) 円筒横縞型
  3) 平板型
  4) 共通
 [2] 形成法
(4) 電極/負極
 [1] 材料
 [2] 形成方法
(5) 電極/正・負極共通
 [1] 材料
  1) 円筒型
  2) 平板型
  3) 共通
 [2] 形成方法
(6) 電解質-電極
 [1] 材料
 [2] 形成方法
  1) 円筒縦縞型
  2) 円筒横縞型
  3) 平板型
  4) 共通
(7) 電解質と電極間の中間層
(8) 支持体
 [1] 材料
  1) 円筒型
  2) 平板型
  3) 共通
 [2] 形成方法
  1) 円筒型
  2) 平板型
  3) 共通
 [3] 支持体と電極間の中間層
 [4] 支持体-電解質
(9) インターコネクタ/円筒型電池
 [1] 材料
 [2] 被覆層
 [3] 形状
 [4] 形成方法
(10) インターコネクタ/共通
 [1] 材料
 [2] 形成方法
(11) インターコネクタ-電解質
(12) インターコネクタ-電極
(13) セパレータ
 [1] 材料
  1) セラミックス
    a) 単層構造
    b) 複層構造
  2) 金属
  3) サーメット
 [2] 形状
  1) 全体形状
  2) ガス流路溝
  3) ガスシール構造
  4) 集電部
  5) セルを嵌合する構造
 [3] 形成方法
  1) 形成方法
  2) 被覆膜形成方法
(14) セパレータ-電解質
(15) セパレータ-電極
 [1] 材料
 [2] 接合構造、接合方法
(16) 集電体
(17) ガス流路板
 [1] 材料、形状
 [2] 形成方法
(18) 電池構成部材と形成方法
(19) シール材
  1) ガラス系
  2) その他セラミックス系
  3) 金属系
  4) その他
(20) 接着材
(21) 低温固体酸化物型燃料電池
 [1] 電解質 
  1) セリア系
  2) ランタン系
  3) ランタノイド系
  4) ジルコニア系
  5) その他
 [2] 電解質の形成法
 [3] 電極
 [4] 電解質-電極
 [5] 中間層
 [6] 電池構造

第12章 固体電解質型燃料電池

第13章 高温型燃料電池 
(1) マトリック
(2) 電極
(3) セパレータ
(4) その他

第14章 燃料電池・共通
(1) セル構造
(2) 反応ガスと関連手段
(3) 電解質層
(4) 電極
(5) 集電板(ガス流路板)
 [1] 構造
 [2] 材料
 [3] 製造方法
(6) セパレータ 
 [1] 構造
 [2] 材料
 [3] 製造方法
(7) 中間層
(8) シール

第15章 共通/溶融炭酸塩型燃料電池
(1) セパレータ
(2) その他

第16章 共通/固体高分子型燃料電池
(1) 電解質膜
(2) 電極/ガス拡散層
(3) 電極/触媒層
(4) セパレータ
(5) その他

第17章 共通/その他
1. 共通/リン酸型燃料電池
2. 共通/直接メタノール型燃料電池


【第4編 主要企業の特許展開】
第18章 主要企業の特許展開 
(1) 燃料電池のタイプ別出願件 数上位メーカー
(2) 主要20社の出願件数推移
(3) 出願者の簡略名、変更名一覧

第19章 個別企業の特許展開
1) 三菱重工業
2) 富士電機
3) 東芝
4) 東京ガス
5) 三洋電機
6) 京セラ
7) 日本碍子
8) NTT
9) 三菱電機
10) 松下電器産業
11) 石川島播磨重工業
12) トヨタ自動車
13) 東燃ゼネラル石油
14) フジクラ
15) 村田製作所
16) 田中貴金属
17) 東陶機器
18) 旭硝子
19) 日立製作所
20) 明電舎
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