燃料電池の効率と温度

質問

燃料電池の効率についての質問です。

今実用化されてる燃料電池って、基本的に動作温度の高い燃料電池の方が発電効率がいいですよね？
具体的には、一般的にSOFCの方がPEFCより発電効率が良いとか。

これはどうしてですか？理論的には温度が上がるほど効率は下がるはずですが。
なぜSOFCのほうが発電効率がいいのか教えてください。

回答No.3

anachronism

教科書的に言うと、「高温で動作可能な機関ほど効率がよいが、個々の機関の効率は最適温度でもっとも高くなる。」といえます。

熱力学、すなわち、熱を使った機関の大原則として、高温ほど効率がいい、ということがあります。詳しいことは「カルノー効率」というものを検索してもらいたいのですが、理論的には、高温ほど効率が良くなる、というのは大原則です。ただし、各機関には動作するのに「最適な温度」というのがあります。通常、機関は最適な温度で使おうとするので、温度が上がるほど効率が悪くなるように見えますが、それはその機関（燃料電池で言えば、SOFC などの方式が同じもの）同士を比較した場合のことで、この場合は、温度をあげると逆に損失が増えて効率が悪くなることがあります。

逆に、燃料電池も温度を下げると効率が悪くなる領域もあります。確か、寒冷地で燃料電池自動車を使おうとした場合にそんな話が出ていたと思いますが、よかったら調べてみてください。

取り急ぎ。

補足

温度を下げると効率が悪くなる、という指摘をもとに調べたところ、どうやら燃料電池と通常の熱機関では温度と効率の因果関係が異なるようです。

通常の熱機関では、カルノーサイクル等のように、温度が高いほどロスが少なくなります。
これは高温熱源と低温熱源の温度差が熱効率に影響するからです。

しかし、燃料電池の場合、理論上は燃料電池の種類によらず温度が低いほど効率が良くなります。（理由はよくわかりませんでした。燃料電池なので熱機関は関係ないようです。）しかし、実用上では温度が低いほど電解液での抵抗が増加し、さらに化学反応が遅くなるせいでロスが増え、そして燃料改質にも多くのエネルギーが必要になり、その結果効率がさがるそうです。

これで大体納得しましたが、この説明を上回る回答が寄せられるかもしれないのでもうすこし待ってみます。

回答No.2

ytrewq

SOFCは大型、PEFCは小型のものが多いからではないでしょうか。
一般に発電装置は大型のほうが効率が高くなります。
SOFCは反応温度が高いので、起動に時間がかかります。
一方、PEFCは反応温度が低いので、すぐに起動します。
このため、SOFCは据え置きで大型用、PEFCは燃料電池車など移動用という用途の違が、装置の規模の違いになります。

回答No.1

jkpawapuro

知識としては何も知らないですが、普通に考えて都市ガスを水素に改質する過程は高温のほうが高効率と思います。