昨年、トヨタ、ホンダ、ヒュンダイの3つの自動車メーカーが新型水素自動車を発表しました。中でも最も注目を集めるのは、おそらく今秋に米国で発売されるトヨタ・ミライでしょう。燃料電池車（FCV）は長年、クリーンカーの看板車種でした。排出物は水のみ、燃料はわずか3分（従来の電気自動車は最大数時間かかる）で、航続距離はガソリン車とほぼ同等の約300マイル（約480キロメートル）です。しかし、自動車メーカーは主にインフラ整備への懸念から、FCVの導入を避けてきました。米国には水素ステーションが12カ所しかなく、そのほとんどが南カリフォルニアに集中しています。しかし、この状況も変わりつつあります。昨年、カリフォルニア州は2020年までに100カ所の水素ステーションを増設するため、2億ドルを計上しました。そして、これが全米的なトレンドの原動力となるかもしれません。
仕組み
1. 水素タンク
2つのカーボンファイバー製タンクには、11ポンド（約4.5kg）の水素燃料が超高圧（10,000psi）で貯蔵されています。緊急時（衝突など）には、センサーが遮断弁を作動させ、タンクからの水素の漏出を防ぎます。
2. 空気の流れ
吸気グリルは、混合物の重要な成分である酸素を燃料電池スタックに送ります。
3. パワーコントロールユニット
車のエネルギー管理と頭脳として機能するパワーコントロールユニットは、燃料スタックから電力を引き出し、モーターに送ります。加速時には、バッテリーに蓄えられたエネルギーを引き出し、さらなる加速を実現します。
4. バッテリー
従来の電気自動車とは異なり、ミライのニッケル水素電池は、点火時と加速時の使用のために余剰エネルギーのみを蓄えます。
5. 電気モーター
モーターに電気が流れると、ローターの周囲にある固定リングであるステーターが磁化され、回転磁界が発生します。ローターに取り付けられた磁石は、この磁界と一直線になり、同じ速度で回転することで駆動系に電力を供給します。モーターに送られる電気の量が増えるほど、磁界の回転速度が上がり、車はより速く走ります。ブレーキ時や惰性走行時には、モーターはバッテリーに電力を供給します。
6. 燃料電池
燃料電池は、最も基本的な構造では、アノード、カソード、そして高分子電解質膜（PEM）で構成されています。個々のセルは単独ではわずかな電圧しか発生しないため、エンジニアはこれらを直列に、つまりスタックに繋ぎ合わせます。Miraiのスタックには370個のセルが含まれており、それぞれが蓄えられた化学エネルギーを電気に変換します。その仕組みは以下のとおりです。
各セルでは、水素がフローフィールドプレートを通ってアノードへと流れ、そこで白金コバルト触媒が水素分子を正に帯電したイオンと負に帯電した電子に分解します。
次に、PEM は水素イオンがカソードまで通過することを許可しますが、電子は阻止され、代わりに外部回路を通過するように強制され、電流が生成されます。
最後に、電子とイオンは陰極で酸素と出会い、水を形成し、主に蒸気として放出されます。
この記事はもともと、当社の毎年恒例の「How It Works」シリーズの一部として、Popular Scienceの 2015 年 4 月号に掲載されました。
