今週、米国特許商標庁が公開し、AppleInsiderが発見した2件の新たな特許出願は、Appleが社内で燃料電池の開発に取り組んでいることを示すものだ。出願書類には、Appleがポータブルデバイス向けに燃料電池をより小型・軽量化する方法について記述されている。
最初の申請「並列燃料スタックアーキテクチャ」では、Appleが燃料電池を燃料スタックに組み込む方法を説明しています。2つ目の申請「軽量燃料電池プレート」では、Appleは軽量で導電性と耐腐食性に優れた材料を使用して燃料電池を構築する方法を説明しています。
申請書によると、燃料電池は水素や水素含有化合物などの燃料を電流に変換することで電力を供給する。燃料電池には、陽極、陰極、そしてその間に挟まれた電解質が含まれている。
燃料電池では、陽極の触媒が燃料を酸化し、正に帯電したイオンと電子を生成します。酸化反応で生じたイオンは電子の通過を遮断しながら陰極へと通過し、電子は燃料電池に接続された負荷を駆動します。
廃棄物として、イオンは陰極で酸素などの負に帯電した原子と再結合します。燃料電池から排出される廃棄物は、二酸化炭素や水などとして排出されます。
燃料電池は通常、0.5ボルトから0.7ボルトの低電圧を生成するため、複数の燃料電池を組み合わせて燃料電池スタックを構成する必要があります。しかし、これらのスタックにはいくつかの固有の問題があります。
まず、燃料電池スタックの構造は、直列接続されたセルの中に単一故障点（SPOF）を持つ可能性があります。燃料電池は、アノードへの窒素の蓄積、電解質の劣化、アノードまたはカソードへの浸水など、様々な原因で故障する可能性があります。そのため、スタック内のセル数が増えるにつれて、燃料電池スタックの信頼性が低下する可能性があります。
Appleはこの問題に対する解決策として、複数の燃料電池を電源バスで並列接続し、さらに電圧増幅回路を用いてスタックの電圧を高めるという手法を採用した。これにより、スタックの信頼性が向上するだけでなく、燃料電池はより高い動作電圧を持つデバイスにも電力を供給できるようになる。
Appleが指摘した燃料電池のもう一つの問題は、バイポーラプレートが通常、ステンレス鋼などの導電性と耐腐食性に優れた材料で作られていることです。これらの材料は密度が高く、燃料電池の重量を増加させます。ステンレス鋼製のセルを積み重ねると、電源とポータブルデバイスが重くなりすぎて実用に耐えられなくなる可能性があります。
この問題に対処するため、Appleは燃料電池をモノポーラ構成で配置し、燃料スタック内の隣接する燃料電池間で電極を共有できるようにすることを提案しています。この電極共有により、燃料スタック内の電極数を大幅に削減できるだけでなく、より軽量で薄いモノポーラプレートの使用も可能になります。
この方法により、Appleは、一般的な双極型燃料電池スタックよりも軽量かつ安価な単極型燃料電池スタックを製造できると考えています。申請書類によると、重量とコストを削減した上でも、このスタックには従来の同サイズの双極型燃料電池スタックと同じ数の燃料電池を搭載できる、あるいはそれよりも高出力になる可能性もあるとのことです。
今週公開された両特許出願は、2010年4月に米国特許商標庁（USPTO）に最初に提出されたものです。並列アーキテクチャの出願はSteven. C. Michalske氏とBradley L. Spare氏、軽量化の出願はVijay M. Iyer氏、Jean L. Lee氏、Gregory L. Tice氏です。
Appleは、デバイスの効率性と環境への配慮を高めるため、代替エネルギー源の利用可能性を頻繁に検討してきました。Appleの申請書で燃料電池に言及したのは異例ですが、同社はポータブル電子機器における太陽光発電の選択肢についても繰り返し検討しています（1、2、3）。
