燃料電池は、燃料として主に水素を使用し、酸素との化学反応を通じて電気エネルギーを生成する装置です。このプロセスは、燃焼を伴わずに行われるため、排出物として水と熱のみを生成し、二酸化炭素などの温室効果ガスの排出が非常に少ないのが特徴です。
燃料電池システムは以下の主要部分で構成されています：
- 燃料供給システム：水素を燃料電池に供給します。水素は圧縮されたガス、液体、あるいは化学的に結合した形（たとえば金属ハイドライドや有機化合物内）で保管されることがあります。
- 電池スタック：陽極（アノード）と陰極（カソード）、および電解質からなる多数の燃料電池が積層されています。水素はアノードで分解され、電子とプロトンに分離します。電子は外部回路を通じて流れ、電気を生成します。一方、プロトンは電解質を通ってカソードに移動し、ここで外部から供給される酸素と反応して水を生成します。
- 制御システム：燃料供給、水素と酸素の流れ、温度、圧力などを調整して、燃料電池の効率的で安定した運転を保証します。
- 熱管理システム：燃料電池の運転中に発生する熱を管理し、システムの温度を適切な範囲内に保持します。
燃料電池のタイプにはいくつかあり、使用される電解質の種類や動作温度によって分類されます。主要なタイプには、固体高分子型燃料電池（PEMFC）、炭酸塩溶融型燃料電池（MCFC）、固体酸化物燃料電池（SOFC）などがあります。
燃料電池システムは、その高効率と環境に優しい特性から、自動車、ステーショナリー（固定式）パワー源、ポータブル電源、宇宙船や潜水艦など、多岐にわたる用途で利用されています。
燃料電池システムのさまざまなコンポーネントを示す図です。このイメージには、アノード、カソード、電解質の層を備えた燃料電池スタック、水素貯蔵を備えた燃料供給システム、ゲージと制御装置を備えた制御システム、熱交換器と冷却機構を備えた熱管理システムが含まれています。このシステムは発電用に設計されており、配線と電気接続が図に含まれていることがわかります。背景には、各コンポーネントのラベルが付いた技術的および有益な詳細が記載されているため、教育目的に適しています。
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