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1 第 1 回 携帯情報機器用燃料電池技術開発 ( 事後評価 ) 分科会資料 6-1 携帯情報機器用燃料電池技術開発 第 1 回事後評価分科会説明資料 議題 6-1 携帯機器用燃料電池技術の開発 説明資料 ( 公開 ) 日本電気株式会社 平成 18 年 5 月 27 日 1/22

2 目次 (1) 開発目標 (2) 研究開発成果 1) 燃料電池一体型ノート PC 試作機の開発 2) 燃料電池セルパックの小型化と高エネルギー密度化 3) 要素技術開発 4) 特許等成果の普及 (3) まとめと今後の課題 事業化の見通しは非公開セッション 2/22

3 ユビキタス情報社会の進展 携帯端末の高機能化 ユーザの利用時間増大 電池切れ が心配! ブロードバンド TV 会議 ワンセグ 現在のリチウム電池では 数時間しか持たない 携帯燃料電池なら 10 時間以上! しかも 充電不要! カートリッシ 交換で無限に使える 3/22

4 燃料触媒電媒電極 携帯燃料電池は リチウムイオン電池の約 10 倍のエネルギー密度を有し 長時間連続駆動可能な携帯機器用電池として期待されている 重量エネルギー密度 (Wh/kg) リチウム 燃料電池 鉛 NiH NiCd 体積エネルギー密度 (Wh/L) CH 3 OH H 2 O CO 2 e e 電触解質極膜カーボン 白金触媒 O 2 H 2 O e 空気H + 携帯電源のエネルギー密度比較 燃料電池の原理図 4/22

5 1) 事業目的ノート PC 等の携帯機器に応用する携帯燃料電池の実用化をめざした基盤技術開発 2) 事業内容及び開発目標 ノート PC 用燃料電池の実証試作機開発とシステム性能評価 400Wh/kg 以上の重量エネルギー密度を有する燃料電池セルパックの開発 要素技術開発新型電解質膜技術 : メタノール濃度 30vol% を利用 可能な電解質膜技術の開発周辺回路技術超小型実装技術 : パッシブ型平面スタックの開発 ノートPC 燃料カートリッジ及び 安全性の高い小型実装制御基板 システム 技術の確立 水蒸気 補助電源 (LIB) 周辺回路技術 : 補助電源 制御基板の小型化と燃料電池燃料電池制御方式の開発ファンスタックポンプ周辺補機類技術 : 送液ポンプ ファンの小型化と 低消費電力化 及び センサ技術の確立 空気 センサー類 燃料補充技術 : 安全性の確保されたカートリッジ新型電解質膜周辺補機類技術構造 接続機構の開発 システム安全性評価 : 排出物評価技術の確立 5/22 燃料補充技術 燃料電池セルパック 超小型実装技術

6 (1) 開発目標 (2) 研究開発成果 1) 燃料電池一体型ノート PC 試作機の開発 2) 燃料電池セルパックの小型化と高エネルギー密度化 3) 要素技術開発 4) 特許等成果の普及 (3) まとめと今後の課題 事業化の見通しは非公開セッション 6/22

7 研究開発成果のまとめ 1) 燃料電池一体型ノート PC 試作機の開発 PC の動作にあわせた自律制御機能を確立 独自の平面実装技術によるパッシブ型平面スタックを開発 カートリッジ (250cc 燃料濃度 30vol%) で 10h の連続駆動を実現 2) 燃料電池セルパックの小型化により 重量エネルギー密度 400Wh/kgを達成 燃料電池セルパック容積:800cc ( 燃料 :800cc) 3) 要素技術開発 新型電解質膜技術: メタノール透過量をフッ素系電解質膜の30% 以下に低減 超小型実装技術: パッシブ型平面スタックでノートPCの駆動に必要な最大出力 20W ( 定常出力 12W) を達成 周辺回路技術: ノートPCとの通信方式 燃料電池セルパック制御システムを確立制御基板の薄型化 小型化を実現 周辺補機類技術: 送液ポンプ 小型ファンの低消費電力化を実現燃料濃度センシング技術を確立 燃料補充技術: 安全性の高いカートリッジ構造 及び 接続機構の開発 システム安全性評価: 排出物安全性評価技術の確立 7/22

8 1) 燃料電池一体型ノート PC 試作機の開発 燃料電池をメインの電源として動作するノート PC を実現 ( 定格出力 10W 最大出力 20W) PC の動作にあわせた自律制御機能を確立 独自の平面実装技術によるパッシブ型平面スタックを開発 燃料カートリッジ 1 本 ( 容量 250cc 30vol%) で 10 時間 (JEITA 基準 ) の連続駆動を実現 (PC を駆動させたままでカートリッジ交換が可能 ) PC 本体 燃料カートリッジ 事業原簿 7 ページ 燃料電池セルパック 8/22

9 燃料電池一体型ノート PC の自律制御システム - ユーザが燃料電池を意識せずに PC を利用可能 - 燃料電池セルパックと PC 間のインタフェース開発により PC 側からスタックの発電状態をモニタリングする技術を確立 燃料電池セルパックに適した補助電源 (LIB) の充放電制御方式を構築 起動時の高負荷 ( 定常運転時の2 倍程度 ) にLIBでアシスト ( 定常運転時は燃料電池のみで駆動 ) Smart Battery 方式 を燃料電池用に拡張した技術を確立 PC 本体の LED 点灯状況でユーサ がエラー状態を把握可能な方式を確立 AC 電源の脱着に対応する技術を開発 カートリッジの残量をノート PC のモニタで確認する基礎技術を開発 ノート PC 水蒸気 (H 2 O) システム制御 CO 2 燃料カートリッジ メタノール水溶液 事業原簿 9 ページ 空気 ファン 燃料電池パッシブ型平面スタック ポンプ 燃料電池セルパック 従来の LIB と PC との通信仕様 9/22

10 燃料電池一体型ノート PC のモニタ評価 NEC 品川ブロードバンドソリューションセンターでモニタを実施 (05 年 4 月 ~9 月の半年間 ) 目的 : 実用化に向けた課題の早期抽出ユーザの要望等に関する情報収集 要望 コメントの例 思ったよりも軽いが モバイル端末としてはもう少し軽い方が良い 燃料電池は水が出るがその水の処理はどうするのか? 水蒸気が出るのは PC に影響はないか? 製品化時にカートリッジはどうなるか ( リサイクルするのか ) カートリッジの安全性は大丈夫か? カートリッジの価格はどの程度か? 燃料電池パックの耐久時間は何時間か? 早く製品化してもらいたい 常設展示されている燃料電池 PC 実際に燃料電池で動作させており モーター音がうるさいのがわかる ( 展示を紹介する WWW 情報 ) /2005/04/12/5051.html ノート PC の起動 停止 カートリッジ交換をショールームの説明員が担当 10/22

11 2) 燃料電池セルパックの小型化と高エネルギー密度化 燃料電池セルパックの小型化と燃料利用効率の向上を実現 容積 25% 削減 厚さ 15% 削減を達成 新薄型実装方式によるパッシブ型平面スタックの小型化 燃料供給系の高密度実装化 MEA への燃料供給方式の改良による燃料利用効率の向上を実現 (>2 倍 (H16 年度比 )) ( カートリッジ燃料濃度 ~60vol%) 定常出力 12W ( 最大出力 20W) を達成 重量エネルギー密度 400Wh/kgを達成 燃料電池セルパック容積 : 800cc ( 燃料 : 800cc) (LIB: ~150Wh/kg) 事業原簿 7~8 ページ H16 年度試作機 H17 年度試作機 燃料電池セルパック 燃料容器 高エネルギー密度タイプの燃料電池セルパック試作機 11/22

12 3) 要素技術開発 (1) 新型電解質膜技術 炭化水素系電解質膜の開発 架橋密度の向上 膨潤抑制技術 メタノールクロスオーバーの低減を実現 ( フッ素系電解質膜の 30% 以下 ) MEA に供給する燃料の濃度 量を最適に制御する技術を開発 50vol% まで実効出力密度 45mW/cm 2 以上を示す MEA 技術を確立 電解質膜 - 触媒電極界面の接着性を向上させる技術を開発 MEA の信頼性向上を実現 実効出力密度 (mw/cm 2 ) 年度 05 年度 燃料電池および燃料電池製造方法 ( ) 等国内出願 5 件 海外出願 3 件 事業原簿 10~11 ページ MeOH 濃度 (vol%) 12/22

13 要素技術開発 (2) 超小型実装技術 スタック開発コンセプト : 携帯機器応用小型 薄型化 補機類の小型化 低消費電力化 パッシブ型 パッシブ型平面スタック MEA の平面内高密度実装によりパッシブ型平面スタックの小型化を実現 定常出力 12W ( 最大出力 20W) 容積 300cc 厚さ ~11mm H16 年度スタック H17 年度スタック ノートPC 応用を目的とした筐体を開発 ノートPCと一体化したデザイン 薄型軽量 シャッタ機構を開発 燃料電池パックの信頼性向上を実現 50mm 燃料電池及び燃料電池システム ( ) 等国内出願 13 件 海外出願 2 件 事業原簿 11~12 ページ 定常出力 10W (41cc/W) 定常出力 12W (25cc/W) 13/22

14 要素技術開発 (3) システム / 周辺回路技術 燃料電池セルパックの制御回路を開発 ノートPCと燃料電池セルパック間のインタフェース方式 燃料電池セルパックに適した補助電源 (LIB) と充放電制御方式 送液ポンプ 送風ファン等の補機用電源とそのコントロール回路 各種センサ ( 温度 燃料濃度 ) 用電源 読み取り回路 制御回路 燃料電池セルパックのファームウエア開発 起動 定常運転 停止の各モードに対応した制御方式の最適化 メタノール濃度センサによる高精度濃度制御方式の開発 燃料電池パックの動作時の安定性向上を実現 燃料電池出力 温度等外部環境に応じた最適濃度コントロールを実現 従来比約 10% の燃費向上 燃料濃度 濃度センサによる濃度制御の 1 例 ±0.5% の濃度変動 事業原簿 12~14 ページ メイン制御基板 駆動時間 (min) 燃料電池および燃料電池の運転方法 ( ) 等国内出願 4 件 海外出願 1 件 14/22

15 周辺補機類技術 小型低消費電力の送液ポンプを開発 駆動周波数への追従性向上により 低消費電力化に成功 (0.3W 以下 ) ポンプ内シールの耐薬品性を改善し 基本性能 ( 吐出圧 吐出量 ) の信頼性向上を実現 送風ファンの最適制御技術を開発 極薄ファン 低消費電力化 (0.3W) 濃度センサを用いた燃料濃度制御システムを開発 燃料電池セルパックの安定性 制御性の向上に成功 要素技術開発 (4) 燃料補充技術 落下 圧縮等に対する安全性の高い ( メタノール漏洩の無い ) カートリッジ構造を開発 容量 : 200cc ( 航空機持込に対応 ) IEC 規格案をクリア カプラの小型化 着脱時のカップラ部における燃料漏れ防止を実現 安価で簡便な燃料残量センシング機構を開発 溶液濃度測定装置 ( ) 等国内出願 3 件 海外出願 0 件 事業原簿 14~16 ページ 小型カプラ燃料カートリッジ : 左 :H16 年度 右 :H17 年度 燃料電池用燃料カートリッジおよびそれを用いた燃料電池 ( ) 等国内出願 8 件 海外出願 5 件 15/22

16 要素技術開発 (5) システム安全性評価 携帯機器の動作状態における排出物の定量評価技術を確立 燃料電池セルパックの停止時 運転時のいづれの場合にも 排出物 ( メタノール ホルムアルデヒド 蟻酸 ) は IEC/TC105 Safety( 案 ) の基準値をクリアすることを確認 捕集用ポンプ 燃料電池セルパック安全性試験装置 エア供給ユニット 捕集管 大型チャンバ ホルムアルデヒド分析 (JIS A1901 に準拠 ) 恒温槽 ノート PC 燃料電池セルパック 排出物 FC 一台あたりの排出量 (mg/ 時 ) ON 時 OFF 時 メタノール ホルムアルデヒド 蟻酸 排出量制限値 (mg/ 時 ) 事業原簿 16~17 ページ 排出量制限値は 10m に基づく 16/22

17 目標の達成度 (1) ノート PC 用燃料電池の実証試作機開発 目標達成度補足 重量エネルギー密度 400Wh/kg 400Wh/kg 燃料電池セルハ ックで 実証 システム性能 小型軽量化 システムの最適動作化 スタッカフ ル型が可能な小型薄型セルハ ック開発 PCの動作状態に対応した自律制御機能を確立 燃料電池一体型ノート PC の開発と動作実証 要素技術開発 (1) 目標達成度補足 低メタノール透過電解質膜技術 新型電解質膜開発 30vol% まで利用可 メタノールクロスオーハ ーをナフィオンの30% 以下に低減 50vol% メタノールまで利用可能なMEA 技術 炭化水素系電解質膜 能な技術の開発 を開発 超小型実装技術 パッシブ型平面スタック開発 高密度実装技術により パッシブ型平面スタックの小型化を実現 ( 容積 300cc 厚さ11mm) 最大出力 20W 定常出力 12W 事業原簿 19 ページ 17/22

18 目標の達成度 (2) 要素技術開発 (2) 目標達成度補足 周辺回路技術 補助電源の制御技術 携帯機器との通信/ 制御方式の開発 PC/ 燃料電池セルハ ック間インタフェース仕様構築 燃料電池セルパックに適した補助電源 (LIB) と充放電制御方式を開発 燃料電池セルハ ック制御技術の確立 燃料電池セルハ ック制御用ファームウエア構築 燃料濃度制御システム構築 周辺補機類技術 小型ホ ンフ ファンの開発 濃度センサ等の開発 小型送液ホ ンフ (3cc) 送風ファン(10cc) による低消費電力化技術を開発 メタノール濃度センサによる制御技術開発 燃料補充技術 燃料カートリッシ 技術開発 小型カフ ラ技術を開発 カントリッシ 安全性技術を確立 安全性評価技術 目標達成度補足 システム安全性評価 安全性評価技術開発 燃料電池セルハ ックの安全性評価技術を確立 排出物定量評価で IEC 安全性規格案以下 であることを確認 事業原簿 19 ページ 18/22

19 4) 特許等成果の普及 (1) 特許国内出願 33 件 外国出願 11 件 ( 米国等 ) ( 登録 実施は 0 件 ) 国内出願海外出願出願例出願番号 新型電解質膜技術 5 3 燃料電池および燃料電池 製造方法 超小型実装技術 13 2 燃料電池及び燃料電池 システム システム / 周辺回路技術 4 1 燃料電池および燃料電池 の運転方法 周辺補機類技術 3 0 溶液濃度測定装置 燃料補充技術 8 5 燃料電池用燃料カート リッジおよびそれを用い た燃料電池 事業原簿 20~22 ページ 19/22

20 広報発表 4) 特許等成果の普及 (2) 燃料電池一体型ノート PC の開発を広報発表 (04 年 10 月 ) 新聞日本経済新聞 日刊工業新聞 電波新聞 化学工業日報 フジサンケイビジネスアイ雑誌等日経エレクトロニクス PC Watch 等 展示会でのデモ展示 WPC Expo (04 年 10 月 20 日 ~23 日 ) iexpo 2004 (04 年 12 月 1 日 ~3 日 ) エコプロダクツ展 (04 年 12 月 9 日 ~11 日 ) くまもと環境 & 福祉ビジネスフェア (05 年 2 月 6 日 ~8 日 ) ナノテック 2005 (05 年 2 月 23 日 ~25 日 ) 愛 地球博 NEDO パビリオン (05 年 8 月 6 日 ~22 日 ) モニタ展示 NEC 品川ブロードバンドソリューションセンターでモニタ (05 年 4 月 ~9 月 ) 20/22

21 (1) 開発目標 (2) 研究開発成果 1) 燃料電池一体型ノート PC 試作機の開発 2) 燃料電池セルパックの小型化と高エネルギー密度化 3) 要素技術開発 4) 特許等成果の普及 (3) まとめと今後の課題 事業化の見通しは非公開セッション 21/22

22 (4) まとめと今後の課題 燃料電池一体型ノート PC の開発 燃料電池をメインの電源として動作する世界初の実証試作機 燃料電池セルパックで重量エネルギー密度 400Wh/kg を達成 パッシブ型平面スタックの小型化 独自の燃料供給制御技術による燃料利用効率向上を実現 リチウムイオン二次電池の重量エネルギー密度の ~3 倍 ノート PC 等の携帯機器分野での実用化が可能な段階に! 今後の課題 耐久性 耐環境性 堅ろう性 ユーザビリティの向上 低コスト化 ( 特に 白金価格の高騰 (~4,900 円 /g) が最大のリスク要因 ) カートリッジ流通基盤の構築 燃料電池セルパックの更なる性能向上 ( 内蔵化に向けた小型軽量化 エネルギー密度の更なる向上 ) 22/22

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