目前，燃料电池车正在耐久性及性能等方面取得稳步发展。但是在实用化还存在一个巨大课题，那就是氢气储藏技术。由于氢气是气体燃料，存在着体积较大的难点。以前主要采用高压罐贮氢，现在则相继有将氢气变为液态或固态的状态下进行储藏的新方案面世。

尽管还存在着降低成本、以及完善氢气补给设施等许多有待解决的问题，燃料电池车依然朝着实用化的目标持续稳步地前进。丰田于2007年9月28日宣布，配备了经过改进的燃料电池系统的该公司燃料电池车“FCHV”成功地在大阪至东京间进行了长途行驶试验，在中途未补充氢气的情况下跑完了全程（下图）。

图1氢气储藏技术的分类 目前高压氢气罐是主流，但液体燃料方面的有机氢化物及水合联氨、固体燃料方面的Mg类及Al类储氢合金、以及将高压罐与储氢合金及液体氢气组合而成的“复合型”等新方案已相继提出。

丰田通过降低燃料电池箱的热损耗、调整电池的充放电控制系统、提高再生能源等改进，将燃效提高了约25％，同时还配备了自主开发的70MPa高压氢气罐，使氢气的储藏量从以往35MPa罐的3.2kg提高到了6.1kg，贮氢量基本上增加了一倍。

结果实现了氢气充气一次，续航距离达到约780km（10E15模式行驶时的丰田内部测定值），提高到了以往330km续航距离的2倍多。可以说，续航距离已足以满足实用水平的要求。

高压罐体积尚大

如上所述，虽然目前高压罐是燃料电池车贮氢的主流技术，但还存在许多问题。最大的问题就是体积大。如前面提到的丰田的FCHV，即便使用70MPa的高压罐，罐体积也达到156L，为汽油箱的近3倍。FCHV是将这种高压罐分成4个较细的罐，置于后车座下及行李舱底板下，设法减少了对车内空间的影响，但丰田并不满意这种方式。

“罐的个数增加，部件个数也随之增加，成本将会增大。此次考虑到故障保护（Fail Safe）因而采用了4个高压罐，今后要设法减少罐的个数”（丰田FC开发本部FC技术部主任兼主管部长大仲英巳）。假如单纯减少罐的个数，那么罐本身势必变粗变大。

另外，如果要在70MPa压力条件下储藏氢气，则用于高压补给氢气的基础设施的成本也将增大。因此，丰田认为，“成本与储藏量的平衡点应该在70MPa以下”（大仲）。果真如此的话，那么罐的体积将会更大。

目前，以克服高压氢气“体积大”的难点为目标，在固体及液体状态下实现密度更高且形状自由度更高的氢气储藏技术的开发方兴未艾（图1、2）。

图1氢气储藏技术的分类 目前高压氢气罐是主流，但液体燃料方面的有机氢化物及水合联氨、固体燃料方面的Mg类及Al类储氢合金、以及将高压罐与储氢合金及液体氢气组合而成的“复合型”等新方案已相继提出。

储氢合金出现新面孔

首先，作为固体的氢气储藏技术，新型储氢合金的开发进行得如火如荼。被人看好的储氢合金，此前大多采用稀土类元素及Ti（钛）、Cr（铬）等比重大、成本高的金属。

与此不同，现在得到积极开发的储氢合金则是Al（铝）及Mg（锰）类合金。由于这些合金的储量丰富，因此有望降低成本，而且有期望开发出质量轻的储氢合金。（未完待续。记者：鹤原 吉郎）

图2各种氢气储藏技术的氢元素密度对比 AlH3及MgH2无论单位体积还是单位重量的氢元素密度均较高，但估计实际配备于车辆时的充填密度将降至50％左右。另外，估计联氨也将在加水后使用，相应地氢元素密度也将下降。液体氢气、高压罐及复合罐的相关数值均包含容器重量，这些数值会随厂商的不同而发生变动（图中数据为参考各种资料编制而成）。

日本制钢所与日本东北大学金属材料研究所正联合开发采用AlH3（氢化铝）的氢气储藏系统（图3）。AlH3的特点是，储藏密度为10.1质量百分比，比以往的储氢合金2～3％左右的质量储藏密度高得多。另外，体积储藏密度也达到了149g/L。

图3日本制钢所的AlH3 日本制钢所在2008年2月举办的第4届国际氢气及燃料电池展（FC EXPO 2008）上的展品。

由于质量轻，从而可提高质量储藏密度的金属氢化物，另外还包括LiH及MgH2等。之所以从中选择了AlH3，是因为要释放出氢气，LiH需要650℃以上、MgH2需要250℃以上的高温，而AlH3只需80～150℃左右的较低温度即可；另外，释放出氢气之后，还可从AlH3中得到可循环利用的金属Al。但是直到不久前，AlH3的合成技术一直不成熟。此次，上述两家单位携手合作，通过优化液相反应的各个流程，确立了可稳定合成出平均每批次20g以上的AlH3的技术。

另外，对通过上述方法合成得来的AlH3粒子进行冲压成型，还同时开发出了可以55％的高充填率充入小型储藏容器的技术。通过加热该容器使AlH3释放氢气时，成功地释放出了普通储氢合金（AB5型*）条件下1.8倍量的氢气。

但是AlH3合金在实用化方面也存在问题。一个问题是降低释放氢气的温度。加热到140℃时，AlH32分钟左右即开始迅速释放氢气，而在80℃时，则必需等70分钟左右才释放氢气。日本制钢所开发策划部主管部长兜森俊树表示，“为了在较低温度下释放氢气，今后我们将探讨添加元素”。此外，降低成本也是问题之一。目前由于AlH3是在实验室中制造的，制造成本高达每克数千日元。今后，必须力争通过扩大制造规模来降低成本。

利用水解反应制取大量氢气

另一方面，从事储氢合金制造及销售业务的Bio Coke技研（Bio Coke Lab）2008年2月宣布，在储氢合金方面全球首次确立了MgH2水解反应的工业生产方法。如前所述，从MgH2中提取氢气必需250℃以上的高温，需要高温曾是实用化时所面临的问题。

另外，该公司同时还提出了利用水解反应在较低温度下提取氢气的方案。虽然在车辆上采用该技术时存在着水解反应必然导致积水的问题，但该方案也有优点，即：利用水解反应可比单纯加热提取出更多的氢气。在第4届国际氢气及燃料电池展（2008年2月27～29日）上，该公司进行了在MgH2中加水后提取氢气的实际演示（图4）。

图4通过MgH2产生氢气的实际演示装置 Bio Coke技研在第4届国际氢气及燃料电池展上进行了展示。左起第2个玻璃容器内盛有MgH2粉末，从最右侧的玻璃容器加入水，就会产生氢气。为了在常温下产生氢气，此次的实际演示装置在水中添加了用于提高反应性的药品，但如果加热至80℃，只用水也能产生氢气。

如果在100g的MgH2中加入75℃以上的温水进行水解，则会发生如下反应：

MgH2 2H2O→Mg（OH）2 2H2

这样不仅可提取出与Mg结合在一起的氢气，还可提取出水中所含的氢气，因此，总计可提取出15.2g的氢气。与以往储氢合金只能提取约2g相比，达到了7倍以上。

据该公司介绍，在此之前还没有报告表示已确立MgH2的工业化制造方法，因此，此次开发出的达到工业生产水平的量产技术及制造装置为全球首次。工艺的细节没有公布，但该公司介绍，主要工艺是将Mg与氢气一同投入高温高压的炉内，使其发生反应。

关于制造时所需的能量，该公司没有对外公布，但据称并不太多。目前由于生产规模仅为数kg的水平，因此MgH2的制造成本达到平均每公斤数万日元，但如果扩大生产规模，则有可能降低成本。

不过，AlH3及MgH2很难像以往储氢合金在配备于车辆的状态下吸留氢气，而必需以更换填充满储氢合金的管芯方式实现燃料补给。然而，如果采用目前主流的高压氢气罐，需要在燃料补给站配备用于高压充填氢气的设备，而管芯式燃料罐只需仓库储存即可。由于无需像以往加油站那样专用的庞大燃料补给设施，燃料补给的概念本身有可能大为改变。（未完待续。记者：鹤原 吉郎）

液体燃料方面也出现新方案

与上述将氢气封入固体中储藏的技术同时受到热切关注的，还有以含有氢元素的液体作为燃料的方式。该方式中目前最被看好的，包括使用环己基甲烷（C7H14）等的“有机氢化物”方法、以及采用通常用作火箭燃料等的联氨（N2H4）的方法。

假如能将液体燃料作为氢气的运输手段，那么就能充分利用目前加油站的基础设施，顺利实现向氢气社会的过渡。其中，使用有机氢化物的方式中被看好的，是按下述将C7H14加热、使其变为甲苯（C7H8）的过程中释放出氢气的提取方式。

C7H14 →C7H8＋3H2

C7H14的氢储藏密度方面，如果按单位质量计算，为6～7质量百分比，如果按单位容积计算则为70g/L。这不仅超过了高压罐及液体氢气的相应数值，而且如果考虑到AlH3及MgH2的储藏密度由于充填密度的关系、在实际使用中会降至理论值的一半左右，则上述数值甚至超过了AlH3及MgH2的储藏密度。

虽然有机氢化物非常被看好，但以前在加热C7H14以提取氢气的过程中，会耗费氢气能量的近3成。能量损失大，加之用于提取氢气的反应器很难实现小型化，这些问题都曾经是实用化的瓶颈。

在此背景下，从事氢气储藏及供给装置开发业务的Hrein Energy（总部：日本札幌）宣布，在双叶产业（Futaba Industrial）、伊藤Racing Service以及北海道大学名誉教授市川胜的协助下，借助车辆上配备的氢气发生装置从有机氢化物中提取出氢气，并掺入汽油车的进气中，成功地进行了行驶实验。这是全球首次成功地通过市售车辆上配备的氢气发生装置，从有机氢化物中提取出氢气。

在进气中混入氢气进行稀薄燃烧

成功进行了行驶实验的车辆是改造自日产的“March”（排气量为1.2L）〔图5（a）〕。该车配备了可利用排气系统的余热从C7H14中提取氢气，并将氢气供给发动机的氢气发生装置。

图5借助有机氢化物提高燃效的试制车辆、以及用于提取氢气的反应器 （a）以日产汽车的“March”为原型。如果将从有机氢化物中提取出的氢气掺入汽车的进气中，由于氢气的燃烧性较高，无需改造发动机，即可实现空燃比为25以上的稀薄燃烧。由此，恒速行驶燃效可提高3成左右。（b）用于从有机氢化物中提取氢气的“车载（On Board）型脱氢反应器”（后方的圆筒状装置）。这是首次成功地通过市售车辆所配备的反应器提取氢气。

不过，此次试验车辆的主驱动力是通过汽油燃烧产生的。提取出的氢气仅以大约3～5的体积百分比混入到汽车的吸入空气中。由于氢气的燃烧性能高于汽油，因此，如果将其掺入混合气中，则可实现仅通过一般汽油燃烧所难以达到的、空燃比为25以上的稀薄燃烧。此次的试验车辆在试车道上的50～60km/h常速行驶中，成功地使燃效比仅靠汽油行驶时提高了约3成。

日产此次在试验车辆上配备的氢气发生装置的特点是，利用发动机的余热，而不使用其他能量〔图5（b）〕。不过，此次配备的氢气发生装置的容积约为3L，可生成的氢气量为每小时3m3左右，不足以靠氢气满足车辆的全部燃料需求。据说燃料电池车每小时所需的氢气量为30～50m3，要想满足这一需求，氢气发生装置必需进一步小型化。另外，如果是燃料电池车，由于燃料电池的工作温度仅为80℃左右，很难利用余热产生氢气。

新日本石油采用小型反应器

另一方面，新日本石油与日立制作所联手开发出了体积小、但可从C7H14中提取大量氢气的氢气发生装置（图6）。此项开发是日本经济产业省委托给日本石油产业活性化中心的“未来型燃料高度利用研究开发”项目的一环。两公司开发的氢气发生系统为板状，由触媒板、氢气分离膜、氢气流路等构成。组合应用了新日本石油的触媒技术及日立的微型反应器（Microreactor）技术。

图6用于从有机氢化物中提取氢气的小型反应器 由新日本石油与日立制作所联手开发。外观（a）为薄板状，如果投入有机氢化物环己基甲烷，则会产生氢及甲苯。内部由触媒板及氢气流路等构成（b），通过氢分离膜将甲苯与氢分离。

日立的微型反应器技术是通过形成μm级的流路，通过提高单位容积的表面积，实现反应器的小型化的。技术细节没有对外公布，但此次的反应器在深度为40μm的微细流路上，触媒采用Pt（白金）粒子。所用Pt的数量为，平均每台车辆为数g左右。氢气分离膜的作用是仅使生成的氢气从C7H8中分离，此次采用了市售的Pd-Ag（银）膜。

如果对此次开发的氢气发生装置作一评价，可以说在反应温度为300℃的条件下，C7H14的90％转化成了C7H8，最终成功地提取出相当于理论值80％的氢气。从实验结果中得知，由于此次实验是通过板状小型反应器实施的，因此，如果将多个板状小型反应器组装成容积为25L的装置，则能够供给1辆燃料电池车行驶所需的氢气。（未完待续。记者：鹤原 吉郎）

此外，两家还对从有机氢化物中提取氢气时的能量损失较大的问题也进行了考察。据两的估算，如果将能量用于单纯以产生氢气为目的的加热，则损失较大。因此两公司设想了以下方案：配备小型柴油机发电机，借此进行发电供汽车行驶，同时利用余热产生氢气。

由此，能量转换效率得到了提高，包括燃料制造流程在内的综合效率达到27.8％，获得了比采用高压氢气时（26.5％）更高的结果。虽然该方案尚处于纸上谈兵的阶段，还存在着系统将因此变得复杂的难点，但方案展现了实现比采用高压氢气时更高能量转换效率的可能性，可以说是成果不菲。

不使用白金触媒的燃料电池

另一方面，日本大发工业开发出了使用液体燃料联氨作为燃料的新型燃料电池的基础技术（图7）。这种燃料电池的特点是，无需目前汽车用主流燃料电池——PEFC（高分子固体电解质型燃料电池）所需的Pt触媒。与以往PEFC为H （氢离子）在电解质中移动的方式不同，新型燃料电池改为OH-（氢氧根）在电解质中移动的方式。

图7大发工业开发的不含贵金属的新型燃料电池 （a） 位于中央的四方形装置为燃料电池箱。向燃料极注入水合联氨，则开始发电。（b）为无色透明的水合联氨的外观（右）、以及与树脂固化后提高了安全性的状态（左）。

即便将电解质膜改为OH－移动的方式，但如果采用氢气作为燃料，则仍需要Pt触媒，因此，该公司决定采用反应性较高的液体燃料——联氨作为燃料。这样一来，便可采用Ni作为触媒。另外，如果直接使用联氨，由于毒性及引火性较高，所以决定使用加水稳定后的水合联氨（N2H4·H2O）。

此前曾出现过直接使用甲醇等作为液体燃料的燃料电池，但难点在于单位面积不能获得足够的输出功率。日本大发的新型燃料电池使用联氨浓度为5％的稀水合联氨，获得了高达0.50W/cm2的输出功率。这一数值可与用氢气作为燃料的普通PEFC媲美。另外，此前作为液体燃料进行开发的甲醇在发电过程中会产生CO2O，而水合联氨的优点是，只产生水及氮，完全不产生CO2O。

另外，联氨作为液体燃料还具有能量密度较高的特点。在纯净状态下，联氨的氢气含有率为12.5质量百分比、约125g/L，高于有机氢化物。即使是在1摩尔联氨中加入1摩尔水稳定后的水合联氨，其氢气含有率也达到8.0质量百分比、约80g/L，超过了环己基甲烷。当储藏5kg的氢气时，如果采用上述水合联氨，则质量为62.5kg，容积为62.5L，只需相当于普通汽油罐的空间即可。（未完待续。记者：鹤原 吉郎）

不过，这种方法目前还处于基础性阶段，改进的余地还相当大。例如，其发电效率目前约为40％，与丰田及本田的燃料电池已达到60％的发电效率相比尚低，电解质膜的改进是当务之急。另外，有可能成为最大难题的则是燃料的安全性。液体浓度为30％以上的高浓度水合联氨在日本有毒及剧毒物取缔法中被指定为剧毒物，因此，安全性方面的应对措施不可缺少。大发也认识到了这一点，因而同时开发了在燃料罐内通过聚合物使水合联氨固化的技术。

固化技术是将结合了羟基（＞C＝O）的聚合物制成粒状，预先填入燃料罐，然后向罐中注入水合联氨，则羟基与联氨发生结合，从而可在稳定的腙（＞C＝N2H4）状态下得到保存。

在这种情况下，向燃料罐补充水合联氨时，必需注意不使水合联氨向周围飞溅。由于大发的方式不使用Pt，所使用的液体燃料易于搬运，且可充分利用已有的燃料补给基础设施，因此在实用性方面好处较多，但确保燃料的安全性则是最大的难题。

储氢合金与高压罐组合使用

正如文章开头提到的那样，目前燃料电池车的氢气储藏技术的主流是采用高压罐。然而，为了增加容量而提高压力，会使罐的成本及氢气补给设施的成本上升。如果设施的设备成本高，最终将反映到氢气的价格上。作为在35MPa压力的条件下增加氢储藏量的新方法，日本Samtech正在开发将高压罐与储氢合金合而为一的复合罐（图8）。

图8Samtech与日本重化学工业等厂商联手试制的复合燃料罐 外观（a）及内部结构（b）。 在35MPa的高压氢气罐内部组装了储氢合金、以及用于氢气吸留及释放的热交換器。内容量为40.8L，总重量为89.6kg，氢储藏量为1.5kg，为同体积的35MPa罐的1.5倍。

这种复合罐是日本汽车研究所、日本重化学工业及Samtech受日本新能源及产业技术综合开发机构（NEDO）的委托联合开发的，它采用在高压罐中设置储氢合金管芯的结构。管芯中充填有粒状储氢合金，并安装有配管（热交换器），这些配管用于在释放氢气时通入温水、以及为消除吸留氢气时产生的热量而向四周通入冷却水。其思路是，使氢气吸留在粒状的储氢合金上，使高压氢气填入储氢合金的缝隙中。

此次开发的复合罐中的储氢合金，采用了以往NEDO委托研究项目中开发出的V（钒）-Ta（钽）-Cr合金。首次试制品的内容积（不含管芯）为40.8L，总重量（不含阀门）为89.6kg，氢储藏量为1.5kg（计算值），与同体积的35MPa容器的1.0kg氢储藏量相比，达到了后者的1.5倍。

在复合罐方面，丰田也正在进行开发。该公司以往公布的性能数据显示，采用有效氢吸留量为1.9质量百分比的Ti-Cr-Mn（锰）类储氢合金、以35MPa的压力向体积为180L的罐中充填氢气时，可注入最多7.3kg的氢气。这相当于同体积的35MPa罐的2.5倍，即使与70MPa罐相比，也相当于其1.7倍的容量。不过，在罐的重量方面，与35MPa罐为100kg以下的重量相比，复合罐则达到420kg，重了4倍多。另外，复合罐需要大量使用昂贵的储氢合金。这些都成为了实用化时的瓶颈。（全文完。记者：鶴原吉郎）