【授業プラン】　「燃料電池」の学習（６年）　　　　　　　　加藤　幸男　　　　　　

１． 燃料電池について

○ 燃料電池は、「水素」と「酸素」を化学反応させて、直接「電気」を発電する装置である。
　　燃料となる「水素」は、天然ガスやメタノールを改質して作るのが一般的のようである。
　　「酸素」は、大気中から取り入れる。

○ 燃料電池は、「水の電気分解」と逆の原理で発電する。発生するものは、水と熱だけである。
　　　　　　　　　　２Ｈ２　　　　　→　４Ｈ＋＋４ｅ−　　　負極
　　　　４Ｈ＋　＋Ｏ２＋４ｅ−　→　２Ｈ２Ｏ　　　　　正極
　　　　２Ｈ２　　　＋　　Ｏ２　　→　２Ｈ２Ｏ

○　燃料電池はさまざまな大きさのものがある。
　　大型の発電施設から、オフィスビルなどで使う中規模のもの、家庭などで電気と熱を供給できる小型のものも研究されている。
　　さらに小型のものは、自動車や船舶などの駆動源に使え、用途が広がっている。

○　燃料電池のメリット
　・ 発電の際には、水しか排出されず、振動も騒音もない。熱も利用できる。
　・ 都市ガス、ＬＰガス、メタノールなどから燃料となる水素を取り出すことができる。
　　都市ガスを燃やすことのＣＯ２の発生がない。（Ｈ２を作る際にはＣＯ２の発生があるらしい。）

○ 燃料電池のデメリット
　・ 燃料電池の一つのセルが作れる電気は、電圧約0.7Ｖ（ボルト）。
　　大きな電気を作るためには、セルを直列にたくさん積み重ねなければならない。まだまだ大型。値段も高価。
　・ 水素を大量に安価に取り出す方法が、まだ確立されていない。将来、海水を電気分解すれば、燃料の水素を無尽蔵に作れるようになるらしい。

２． 授業について

○ 発電の仕組みを簡単にとらえさせる。
　発電は火力発電や水力発電など、モーターを回すことで発電するものが多いが、燃料電池は水素と酸素の化学反応による発電であることをとらえさせる。
　その発電の仕組みは難しいが、ビデオ映像を視聴することで簡単に解説する。

○ 燃料電池に親しませる。
　　各グループ（１グループ４人、７グループ）に燃料電池と実験道具を準備し、児童に燃料電池に触れる機会を多くする。
　　電気の仕事場として、ＬＥＤの点灯、モーターを回す、メロディオルゴールを鳴らす。
　　さらにモーターカーを燃料電池で走らせることで、現在開発が進められている燃料電池自動車について発展的に学習を進める。

○ 燃料の水素について学習する。
　　燃料電池の燃料は水素であるが、児童は、これまで水素についての学習はしていない。
　　よって水素についての学習も取り入れながら授業を展開する。
　　　・水素は空気より軽い気体であること…水素シャボン玉をとばす。
　　　・水素は燃える気体であること…水素シャボン玉にチャッカマンで火をつけて燃やす。
　　　・水素は作ることができる…水酸化ナトリウムにアルミニウムはくを入れると、水素が発生する。
　　　　　（塩酸を使って水素を発生させることもできるが、塩素ガス　　が混合するので、今回は水酸化ナトリウムを使用）
　　　・水素は酸素と結びついて水ができること…注射器に入れた水素と空気中の酸素を白金を触媒にして反応させ、もやが発生したことを見せる。

　○エネルギー問題、環境問題を少し意識して。
　　燃料電池のメリット、デメリットを話題にしながら授業を進める。
　　　・水素を燃料にしていて、燃やしても二酸化炭素が出ない。出るのは水だけ。
　　　・エンジンやタービンがないので、振動や騒音がない。
　　　・水素はまだ、容易に手に入れられない。
　　　・燃料電池は高価、まだまだ大型。

　○授業形態…ＴＴによる指導
　　　燃料電池などの実験器具の取り扱いが初めてであること、注射器による水素の供給などに手間がかかることなどから、
　　　授業者の他に教師２名に協力をもらいながら学習を進める。

３． 本時の授業

（１） ねらい　　ｏ燃料電池は水素を燃料に発電することが分かる。　
　　　　　　　　　ｏ水素の性質や発生方法、酸素との反応で水ができることが分かる。

（２）準備物　　ｏ燃料電池、水素ボンベ、ＬＥＤランプ、モーター、水素注入注射器とパイプ、モーターカー、（各７セット）
　　　　　　　　　ｏ水素ステーション（各３）…ペットボトル、水槽、ビニルパイプと三方コック
　　　　　　　　　ｏ水素発生装置（注射器、水酸化ナトリウム水溶液、アルミホイル、水槽、ペットボトル）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　洗剤入りバット、チャッカマン、
　　　　　　　　　ｏビデオ「３つのとびら」、テレビ、燃料電池の説明図

４． 「燃料電池」　学習過程

　　　・火力、水力、風力、原子力発電など…これらは火力・水力・風力・原子力でタービン（モーター）を回して発電している。

　○ゼネコンを回してモーターや豆電球をつけて見せる。　

　　　・太陽電池、乾電池、備長炭電池…これらは化学反応で、発電している。
　　　・燃料電池…水素と酸素を化学反応させて発電する。

　○「３つのとびら・君は次世代エネルギーを見たか」前半約８分間を視聴させる。

　　　・燃料電池のしくみ。　燃料電池自動車。

　○燃料電池の使い方の説明をする。（児童を前の机に集める。）
　　　　�@燃料電池の各部位の説明・・・水素の取り入れ口、パージバルブ、接続端子など
　　　　�A燃料の水素の取り方・・・水素ステーションより、注射器に水素を取る
　　　　�B水素注入の手順・・・注射器ピストンを軽く押す。パージバルブを１回押す。再度ピストンを押す。

　○水素ステーション（３箇所）から、水素を注射器に取ってこよう。

　○ＬＥＤランプをつけてみよう。モーターを回してみよう。メロディオルゴールを鳴らしてみよう。

　○電圧を変えてみよう。

　○水素の演示実験。（児童を前に集める）
　　　　�@水素は燃える気体・・・洗剤液に水素シャボン玉を作る。（水素ボンベより）チャッカマンで火をつけ、燃える様子を見せる。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・酸素と混合すると爆発することを補説。
　　　　�A空気より軽い・・・水素シャボン玉をとばす。火をつける。
　　　　�B水素を発生させる・・・水酸化ナトリウムにアルミニウムはくを入れると水素が発生する。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・発生させた水素でモーターを回す。　（予め用意しておく）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・ビデオでは天然ガスから水素を作っていた。
　　　　�C水素は酸素と反応して、水ができる・・・試験管に水素を取り、白金を触媒にして酸素と反応させ、
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　もやを発生させる。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・水はＨ２Ｏ。水素と酸素からできている。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・水素は水を電気分解しても作れる。

　　　・二酸化炭素がでない。水しか出ない。環境にやさしい。　　　
　　　・ガソリンエンジンでなく、モーターで走るので音が静か。
　　　・長く走れない。
　　　・水素スタンドが少ない。水素を車に積むのに時間がかかる。
　　　・水素もまだ簡単には作れない。

　○水素は水から取り出すこともできる。
　　これからもっと研究が進んで、海水から水素を安く取り出すことができるようになれば、
　　石油に代わる有望なエネルギー源になるかもしれない。

　○先ず、注射器で水素を児童に採取させ、燃料電池に注入させ、車を走らせる。
　　　・モーターは回るが、わゴムで動力をタイヤに伝えるとパワーがない。走らない。
　　　・すぐ水素がなくなる。
　○では、水素ボンベをつないで走らせてみよう。
　　　・水素ガス供給チューブを交換する。
　　　・プッシュボタンを１回押す。パージバルブを１回押す。再度プッシュボタンを１回押す。
　　　・水素ガスの浪費に注意。

　★目次に戻る　◆トップＭＥＮＵへ