曽根 理嗣

宇宙航空研究開発機構において燃料電池の宇宙機適用を目指した研究開発を実施している.これまで固体高分子形燃料電池について閉鎖環境, 無重力等の宇宙空間特有の環境や小型・軽量化に対応できるよう気水分離器, 装置の簡素化の研究を行い, 作製した装置で1kW級連続1,000時間を超える発電実績を獲得した.また技術実証等への適用に向け100W級の小型軽量発電システムを試作するため, 更なる装置の簡素化等を図った結果について報告する.

小型科学衛星INDEX(れいめい)の打上げと初期成果

宇宙航空研究開発機構(JAXA,旧宇宙開発事業団)ではリチウムイオンセルの宇宙機への適用性評価を目的とし、10-100Ah級リチウムイオンセルを調達し、人工衛星あるいはロケットの運用を模擬した評価試験を実施している。現在、衛星用評価としては、最大で低軌道衛星模擬において20,000サイクル、静止軌道衛星模擬において1,200サイクルの評価実績を取得した。これらの性能は低軌道衛星にて3年以上、静止軌道衛星にて13年程度の軌道上運用に相当し、高い適用性が示された。国際宇宙ステーションの補給機(HTV)の運用模擬試験には、急速充電条件下でのリチウムイオンセルの適用性が確認された。

リチウムイオンポリマーセルの宇宙用電池としての適用可能性を評価するため、四社製民生用リチウムイオンポリマーセルの低軌道模擬寿命評価を行っている。現時点では5000サイクルまで進行し、D社とA社のセルは比較的良好なサイクル特性を示している。このサイクル評価の中で、高い充電レートが長期のサイクル維持には不適である知見が得られた。また、D社製リチウムイオンポリマーセルの質量変化及びサイクル特性に与える減圧環境の影響を評価している。その結果、セルは減圧環境で短期間的に、質量変化がほとんどなく、正常に充放電できることを確認した。

宇宙開発事業団では、補給ミッションに代表される短期ミッションや、将来の大型宇宙機に備え、燃料電池の研究開発を進めている。宇宙特有の閉鎖系での運用を想定し、純水素/純酸素を使用し、加湿器を除外するなどしてシステムインパクトを軽減した100W級燃料電池について、連続運転/断続運転に堪える安定な出力特性が得られている。また、この燃料電池発電部について、積層数を増やし大型化を図った1kW級燃料電池においても、無加湿運転において良好な発電性能を確認した。