JP2001106516A - 水素吸蔵材料 - Google Patents
水素吸蔵材料Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 体積当たりの水素吸蔵量の大きい水素吸蔵材
料を提供すること。 【解決手段】 炭化水素の炭素結晶子を含む層状構造の
非晶質炭素の比表面積が４００ｍ２／ｇ以下であって、
水素原子数と炭素原子数との比Ｈ／Ｃが０．０５以上
０．４５以下の範囲にあり、この非晶質炭素の炭素結晶
子層間もしくは結晶子末端間に水素を吸蔵させたもの
で、非晶質炭素の（００２）面の層間距離ｄ０ ０２が
０．４ｎｍ以上であること、高分子化合物、天然高分
子、石油または石炭から得られる生コークスを５００℃
以上９００℃以下で熱処理して得られた非晶質炭素を用
いること、その熱処理は不活性雰囲気下で行われたもの
であることなどが体積当たりの水素吸蔵量を増大させる
上で望ましい。
料を提供すること。 【解決手段】 炭化水素の炭素結晶子を含む層状構造の
非晶質炭素の比表面積が４００ｍ２／ｇ以下であって、
水素原子数と炭素原子数との比Ｈ／Ｃが０．０５以上
０．４５以下の範囲にあり、この非晶質炭素の炭素結晶
子層間もしくは結晶子末端間に水素を吸蔵させたもの
で、非晶質炭素の（００２）面の層間距離ｄ０ ０２が
０．４ｎｍ以上であること、高分子化合物、天然高分
子、石油または石炭から得られる生コークスを５００℃
以上９００℃以下で熱処理して得られた非晶質炭素を用
いること、その熱処理は不活性雰囲気下で行われたもの
であることなどが体積当たりの水素吸蔵量を増大させる
上で望ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素吸蔵材料に関
し、さらに詳しくは、炭素質材料に水素を吸蔵させてな
る水素吸蔵材料に関するものである。
し、さらに詳しくは、炭素質材料に水素を吸蔵させてな
る水素吸蔵材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】水素は、合成化学工業や石油精製などに
多量に利用されている重要な化学原料である。一方、将
来のエネルギー問題と環境問題を解決するために、クリ
ーンなエネルギーとしての水素利用技術は重要な位置を
占めると考えられ、水素製造、貯蔵・輸送、転換技術の
各方面において活発に研究開発が進められている。水素
の吸蔵・輸送技術においては、水素タンクなど極めて大
規模な物を除き、いわゆる水素吸蔵合金が主要な役割を
果たすと考えられている。特に燃料電池自動車などの移
動媒体において電池などに水素を供給することが要求さ
れる。
多量に利用されている重要な化学原料である。一方、将
来のエネルギー問題と環境問題を解決するために、クリ
ーンなエネルギーとしての水素利用技術は重要な位置を
占めると考えられ、水素製造、貯蔵・輸送、転換技術の
各方面において活発に研究開発が進められている。水素
の吸蔵・輸送技術においては、水素タンクなど極めて大
規模な物を除き、いわゆる水素吸蔵合金が主要な役割を
果たすと考えられている。特に燃料電池自動車などの移
動媒体において電池などに水素を供給することが要求さ
れる。
【０００３】このような要求に対しては、既存の技術で
ある高圧水素ガスボンベや液化水素ボンベでは適応しな
いからである。このような場面で主役と考えられる水素
吸蔵合金にも、合金であるが故の重さ（単位重量当たり
の吸蔵量が小さい）、吸蔵−放出の繰り返しによる劣化
（合金の微粉化や構造変化）、希少金属を含む場合には
その資源確保など、克服すべき課題は多い。
ある高圧水素ガスボンベや液化水素ボンベでは適応しな
いからである。このような場面で主役と考えられる水素
吸蔵合金にも、合金であるが故の重さ（単位重量当たり
の吸蔵量が小さい）、吸蔵−放出の繰り返しによる劣化
（合金の微粉化や構造変化）、希少金属を含む場合には
その資源確保など、克服すべき課題は多い。
【０００４】このような背景の下で、軽量、豊富な資源
量を持ち比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上の活性炭が水
素吸蔵材料として提案されてきた（特表平８−５０４３
９４号公報参照）。
量を持ち比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上の活性炭が水
素吸蔵材料として提案されてきた（特表平８−５０４３
９４号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、活性炭
よりなる水素吸蔵材料は、活性炭の嵩密度が低いために
体積当たりの水素吸蔵量が比較的少ない。そのために例
えば、自動車用燃料電池の燃料源として用いた時に十分
な走行距離が得られないといった問題があった。
よりなる水素吸蔵材料は、活性炭の嵩密度が低いために
体積当たりの水素吸蔵量が比較的少ない。そのために例
えば、自動車用燃料電池の燃料源として用いた時に十分
な走行距離が得られないといった問題があった。
【０００６】本発明の解決しようとする課題は、このよ
うな自動車用燃料電池の燃料源などとしての利用が期待
でき、軽量・豊富な資源量を持つ炭素材料を活用するも
のであって体積当たりの水素吸蔵量の大きな水素吸蔵材
料を提供することにある。
うな自動車用燃料電池の燃料源などとしての利用が期待
でき、軽量・豊富な資源量を持つ炭素材料を活用するも
のであって体積当たりの水素吸蔵量の大きな水素吸蔵材
料を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の請求項１記載の水素吸蔵材料は、炭化水素の
炭素結晶子を含む層状構造の非晶質炭素の比表面積が４
００ｍ２／ｇ以下であって、水素原子数と炭素原子数と
の比Ｈ／Ｃが０．０５以上０．４５以下の範囲にあり、
この非晶質炭素の炭素結晶子層間もしくは結晶子末端間
に水素を吸蔵させてなることを要旨とするものである。
に本発明の請求項１記載の水素吸蔵材料は、炭化水素の
炭素結晶子を含む層状構造の非晶質炭素の比表面積が４
００ｍ２／ｇ以下であって、水素原子数と炭素原子数と
の比Ｈ／Ｃが０．０５以上０．４５以下の範囲にあり、
この非晶質炭素の炭素結晶子層間もしくは結晶子末端間
に水素を吸蔵させてなることを要旨とするものである。
【０００８】上記非晶質炭素の炭素結晶子は主として炭
化水素よりなり、六員環網状平面構造を有するものであ
り、その一部は結晶状の黒鉛と同様の層状構造を有して
いる。また、上記結晶子の末端は炭素に対し、水素が結
合した状態になっており、炭素結晶子の末端間に形成さ
れたキャビティーに対しても水素分子は吸蔵される。こ
のため、従来の物理吸着により炭素表面に水素が吸蔵さ
れる活性炭に比べ、本発明にかかる非晶質炭素はより多
くの水素を吸蔵することができる。
化水素よりなり、六員環網状平面構造を有するものであ
り、その一部は結晶状の黒鉛と同様の層状構造を有して
いる。また、上記結晶子の末端は炭素に対し、水素が結
合した状態になっており、炭素結晶子の末端間に形成さ
れたキャビティーに対しても水素分子は吸蔵される。こ
のため、従来の物理吸着により炭素表面に水素が吸蔵さ
れる活性炭に比べ、本発明にかかる非晶質炭素はより多
くの水素を吸蔵することができる。
【０００９】この場合、本発明の非晶質炭素の比表面積
は４００ｍ２以下とした。この値は、通常の活性炭に比
べ小さいため、嵩密度が大きくなって、体積当たりの水
素吸蔵量を多くできる。
は４００ｍ２以下とした。この値は、通常の活性炭に比
べ小さいため、嵩密度が大きくなって、体積当たりの水
素吸蔵量を多くできる。
【００１０】また、非晶質炭素中の水素原子数と炭素原
子数との比Ｈ／Ｃ（水素原子数／炭素原子数）が０．０
５よりも小さくなると水素吸蔵時に炭素結晶子の末端に
おいて生成する水素吸蔵量が小さくなる恐れがある。一
方、Ｈ／Ｃ（水素原子数／炭素原子数）が０．４５を越
えると、炭素の六員環網状平面構造が極端に小さくな
り、水素吸蔵サイトが減少してしまう。
子数との比Ｈ／Ｃ（水素原子数／炭素原子数）が０．０
５よりも小さくなると水素吸蔵時に炭素結晶子の末端に
おいて生成する水素吸蔵量が小さくなる恐れがある。一
方、Ｈ／Ｃ（水素原子数／炭素原子数）が０．４５を越
えると、炭素の六員環網状平面構造が極端に小さくな
り、水素吸蔵サイトが減少してしまう。
【００１１】そして本発明では、請求項２記載のよう
に、前記非晶質炭素の炭素結晶子層間距離が０．４ｎｍ
以上であることが望ましい。
に、前記非晶質炭素の炭素結晶子層間距離が０．４ｎｍ
以上であることが望ましい。
【００１２】層間距離が０．４ｎｍ以上とすることによ
り層間にスムーズに水素分子が吸蔵され、吸蔵量が増加
する。層間距離の上限値には限度はないが、一般的に
０．６ｎｍ以上の層間を有する炭素の合成は困難であ
る。
り層間にスムーズに水素分子が吸蔵され、吸蔵量が増加
する。層間距離の上限値には限度はないが、一般的に
０．６ｎｍ以上の層間を有する炭素の合成は困難であ
る。
【００１３】また本発明では、請求項３記載のように、
前記非晶質炭素は、高分子化合物、天然高分子、石油ま
たは石炭から得られる生コークスより選ばれた１種また
は２種以上の材料を５００℃以上９００℃以下の温度範
囲で熱処理することにより好適なものとして得られる。
前記非晶質炭素は、高分子化合物、天然高分子、石油ま
たは石炭から得られる生コークスより選ばれた１種また
は２種以上の材料を５００℃以上９００℃以下の温度範
囲で熱処理することにより好適なものとして得られる。
【００１４】上記熱処理温度が５００℃未満の場合は水
素を吸蔵するサイトとなる炭素縮合環が生成しないため
に、水素吸蔵量が大きく低下してしまう。また、上記熱
処理温度が９００℃を越えた場合には、前述したＨ／Ｃ
が０．０５よりも小さくなり、水素吸蔵時に炭素結晶子
の末端において生成する吸蔵量が小さくなる恐れがあ
る。さらに好ましい熱処理温度の下限は６００℃、上限
は８００℃である。
素を吸蔵するサイトとなる炭素縮合環が生成しないため
に、水素吸蔵量が大きく低下してしまう。また、上記熱
処理温度が９００℃を越えた場合には、前述したＨ／Ｃ
が０．０５よりも小さくなり、水素吸蔵時に炭素結晶子
の末端において生成する吸蔵量が小さくなる恐れがあ
る。さらに好ましい熱処理温度の下限は６００℃、上限
は８００℃である。
【００１５】さらに本発明では、請求項４記載のよう
に、上記加熱は不活性雰囲気中で行うことが好ましい。
これにより、炭素原料の酸化を防止することができ、非
晶質炭素を得ることができる。なお、上記不活性雰囲気
としては、例えば、真空雰囲気、希ガス、Ｎ２等よりな
る雰囲気等を挙げることができる。また、加熱の好まし
い時間は特に限定されないが、その中でも３０分間〜８
時間の範囲が特に好ましい。
に、上記加熱は不活性雰囲気中で行うことが好ましい。
これにより、炭素原料の酸化を防止することができ、非
晶質炭素を得ることができる。なお、上記不活性雰囲気
としては、例えば、真空雰囲気、希ガス、Ｎ２等よりな
る雰囲気等を挙げることができる。また、加熱の好まし
い時間は特に限定されないが、その中でも３０分間〜８
時間の範囲が特に好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を詳細に説
明する。
明する。
【００１７】（実施例１）理学電機製の高圧反応装置を
用い、ジフェニルジアセチレンの高圧重合（０．１ＧＰ
ａ，２５０℃，５ｈ）により、ポリアセン系オリゴマー
を合成した｛Ｙ．Ｋｏｊｉｍａ，Ｍ．Ｔｓｕｊｉ，Ｔ．
Ｍａｔｓｕｏｋａ，Ｈ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，Ｍａｃｒ
ｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２７，３７３５（１９９
４）｝。かくして得られたオリゴマーを電気炉にセット
し、１リットル／ｍｉｎのＡｒガスを流しながら、２０
℃／ｍｉｎの昇温速度、６００，８００℃の各温度で５
時間の加熱処理を行い、その後、自然放冷した。得られ
た非晶質炭素をめのう製容器に入れ、粉砕した。
用い、ジフェニルジアセチレンの高圧重合（０．１ＧＰ
ａ，２５０℃，５ｈ）により、ポリアセン系オリゴマー
を合成した｛Ｙ．Ｋｏｊｉｍａ，Ｍ．Ｔｓｕｊｉ，Ｔ．
Ｍａｔｓｕｏｋａ，Ｈ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，Ｍａｃｒ
ｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２７，３７３５（１９９
４）｝。かくして得られたオリゴマーを電気炉にセット
し、１リットル／ｍｉｎのＡｒガスを流しながら、２０
℃／ｍｉｎの昇温速度、６００，８００℃の各温度で５
時間の加熱処理を行い、その後、自然放冷した。得られ
た非晶質炭素をめのう製容器に入れ、粉砕した。
【００１８】（比較例１）大阪ガスケミカル製の活性炭
３種類（商品名：Ｍ１５，Ｍ２０，Ｍ３０）を用いた。
３種類（商品名：Ｍ１５，Ｍ２０，Ｍ３０）を用いた。
【００１９】上記実施例１の非晶質炭素２種類（６００
℃，８００℃）と、比較例１の活性炭３種類（商品名：
Ｍ１５，Ｍ２０，Ｍ３０）について、比表面積と水素吸
蔵量を測定したので、その結果を表１に示す。この場
合、比表面積の測定には、大倉理研製、自動比表面積測
定装置ＳＩＧＭＡ−Ｖを用い、ＢＥＴ法により算出し
た。
℃，８００℃）と、比較例１の活性炭３種類（商品名：
Ｍ１５，Ｍ２０，Ｍ３０）について、比表面積と水素吸
蔵量を測定したので、その結果を表１に示す。この場
合、比表面積の測定には、大倉理研製、自動比表面積測
定装置ＳＩＧＭＡ−Ｖを用い、ＢＥＴ法により算出し
た。
【００２０】また、水素吸蔵量の測定には、鈴木商館製
ＰＣＴ特性測定装置を用いた。この装置は、容積５．３
ｃｃのサンプルセルがバルブを介して標準セル（２６．
３ｃｃ）に接続されており、試料の入っていないセルに
圧力を掛けることによる数回のブランクテストを１０時
間実施して漏れがないことを確認した後、次に、０．３
〜１ｇ（０．３〜１ｃｍ３）の試料をサンプルセルに詰
め、１０−３ｔｏｒｒ，１５０℃で３０分間加熱した。
加熱後、サンプルセルの温度を室温まで低下させた後、
水素を標準セルからサンプルセルに導入した（圧力：５
ＭＰａ）。そして水素導入後の圧力変化から、試料中の
水素吸蔵量を計算により求めた。なお、実験は室温（２
５℃）で行った。
ＰＣＴ特性測定装置を用いた。この装置は、容積５．３
ｃｃのサンプルセルがバルブを介して標準セル（２６．
３ｃｃ）に接続されており、試料の入っていないセルに
圧力を掛けることによる数回のブランクテストを１０時
間実施して漏れがないことを確認した後、次に、０．３
〜１ｇ（０．３〜１ｃｍ３）の試料をサンプルセルに詰
め、１０−３ｔｏｒｒ，１５０℃で３０分間加熱した。
加熱後、サンプルセルの温度を室温まで低下させた後、
水素を標準セルからサンプルセルに導入した（圧力：５
ＭＰａ）。そして水素導入後の圧力変化から、試料中の
水素吸蔵量を計算により求めた。なお、実験は室温（２
５℃）で行った。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１からわかるように、本発明の非晶質炭
素の比表面積値は、比較例の活性炭に較べて格段に小さ
く、せいぜい２０〜１００ｍ２／ｇ程度であり、また、
非晶質炭素の水素吸蔵量は活性炭に比べて２倍以上とな
り、水素吸蔵特性に優れることが明らかとなった。
素の比表面積値は、比較例の活性炭に較べて格段に小さ
く、せいぜい２０〜１００ｍ２／ｇ程度であり、また、
非晶質炭素の水素吸蔵量は活性炭に比べて２倍以上とな
り、水素吸蔵特性に優れることが明らかとなった。
【００２３】（実施例２）実施例１で合成したポリアセ
ン系オリゴマーを電気炉にセットし、１リットル／ｍｉ
ｎのＡｒガスを流しながら、２０℃／ｍｉｎの昇温速
度、３００〜９００℃の温度で５時間の加熱処理を行
い、その後、自然放冷した。また、別の熱履歴のものと
して抵抗加熱式真空加圧焼結炉を用い、実施例１で合成
したポリアセン系オリゴマーを１０００〜２２００℃で
５時間の加熱処理を行い、自然放冷したものを比較用と
して用意した。
ン系オリゴマーを電気炉にセットし、１リットル／ｍｉ
ｎのＡｒガスを流しながら、２０℃／ｍｉｎの昇温速
度、３００〜９００℃の温度で５時間の加熱処理を行
い、その後、自然放冷した。また、別の熱履歴のものと
して抵抗加熱式真空加圧焼結炉を用い、実施例１で合成
したポリアセン系オリゴマーを１０００〜２２００℃で
５時間の加熱処理を行い、自然放冷したものを比較用と
して用意した。
【００２４】（実施例３）ポリアセン系オリゴマーに代
えて、ポリ−Ｐ−フェニレン（ＰＰＰ）を非晶質炭素の
生成原料として用いた。このポリ−Ｐ−フェニレン（Ｐ
ＰＰ）は次の化１に示した反応式（１）に示すＫｏｖａ
ｃｉｃ法によりベンゼンから合成した｛Ｐ．Ｋｏｖａｃ
ｉｃ，Ａ．Ｋｙｒｉａｋｉｓ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓ
ｏｃ．，８５ ４５４（１９６３）｝。合成されたＰＰ
Ｐは粉末状の形態で得られる。そしてこのＰＰＰを電気
炉にセットし、１リットル／ｍｉｎのＨ２ガスを流しな
がら、２０℃／ｍｉｎの昇温速度、６２０，７００℃で
１時間の加熱処理を行い、その後、自然放冷した。
えて、ポリ−Ｐ−フェニレン（ＰＰＰ）を非晶質炭素の
生成原料として用いた。このポリ−Ｐ−フェニレン（Ｐ
ＰＰ）は次の化１に示した反応式（１）に示すＫｏｖａ
ｃｉｃ法によりベンゼンから合成した｛Ｐ．Ｋｏｖａｃ
ｉｃ，Ａ．Ｋｙｒｉａｋｉｓ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓ
ｏｃ．，８５ ４５４（１９６３）｝。合成されたＰＰ
Ｐは粉末状の形態で得られる。そしてこのＰＰＰを電気
炉にセットし、１リットル／ｍｉｎのＨ２ガスを流しな
がら、２０℃／ｍｉｎの昇温速度、６２０，７００℃で
１時間の加熱処理を行い、その後、自然放冷した。
【００２５】
【化１】
【００２６】（実施例４）石油系重質油を４００℃にお
いて熱分解させ、生コークスとした。その後、この生コ
ークスを平均粒径３０μｍに粉砕し、粒子状の生コーク
スを得た。次にこの生コークスを電気炉にセットし、１
リットル／ｍｉｎのＡｒガスを流しながら、２０℃／ｍ
ｉｎの昇温速度、４５０〜９００℃の各温度で１時間の
加熱処理を行い、その後、自然放冷した。また、別の熱
履歴のものとして抵抗加熱式真空加圧焼結炉を用い、生
コークスを１０００〜２２００℃で１時間の加熱処理を
行ったものを比較用として用意した。
いて熱分解させ、生コークスとした。その後、この生コ
ークスを平均粒径３０μｍに粉砕し、粒子状の生コーク
スを得た。次にこの生コークスを電気炉にセットし、１
リットル／ｍｉｎのＡｒガスを流しながら、２０℃／ｍ
ｉｎの昇温速度、４５０〜９００℃の各温度で１時間の
加熱処理を行い、その後、自然放冷した。また、別の熱
履歴のものとして抵抗加熱式真空加圧焼結炉を用い、生
コークスを１０００〜２２００℃で１時間の加熱処理を
行ったものを比較用として用意した。
【００２７】次に、上記実施例２〜４によって得られた
これらの炭素をめのう製容器に入れ、粉砕し、前述のＰ
ＣＴ特性測定装置による水素吸蔵量を求めた。図１に
は、水素吸蔵量と熱処理温度の関係を示す。横軸に熱処
理温度（℃）を採り、縦軸に水素吸蔵量（ｖｏｌ％）を
採っている。
これらの炭素をめのう製容器に入れ、粉砕し、前述のＰ
ＣＴ特性測定装置による水素吸蔵量を求めた。図１に
は、水素吸蔵量と熱処理温度の関係を示す。横軸に熱処
理温度（℃）を採り、縦軸に水素吸蔵量（ｖｏｌ％）を
採っている。
【００２８】その結果、図１よりわかるように、ポリア
セン系オリゴマーを用いたもの（実施例２）が最も水素
吸蔵量が多い傾向にあり、また熱処理温度範囲として
は、ポリアセン系オリゴマー（実施例２）、ポリ−Ｐ−
フェニレン（実施例３）、及び石油生コークス（実施例
４）のいずれの場合も、５００〜９００℃で熱処理する
ことによって得られた非晶質炭素の水素吸蔵量は０．１
８ｖｏｌ％以上であって、表１のデータと比較するとわ
かるように活性炭に比べ増加する。
セン系オリゴマーを用いたもの（実施例２）が最も水素
吸蔵量が多い傾向にあり、また熱処理温度範囲として
は、ポリアセン系オリゴマー（実施例２）、ポリ−Ｐ−
フェニレン（実施例３）、及び石油生コークス（実施例
４）のいずれの場合も、５００〜９００℃で熱処理する
ことによって得られた非晶質炭素の水素吸蔵量は０．１
８ｖｏｌ％以上であって、表１のデータと比較するとわ
かるように活性炭に比べ増加する。
【００２９】（実施例５）実施例２〜４に示したポリア
セン系オリゴマーの熱処理、ポリ−Ｐ−フェニレンの熱
処理、石油生コークスの熱処理により得られるＨ／Ｃ比
（水素原子数と炭素原子数との比）が種々異なる非晶質
炭素材料を作製した。そしてこれらの炭素中の水素原子
数、炭素原子数を、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ製の元素分
析装置（Ｍｏｄｅｌ−２４０Ｃ）により測定するほか、
熱処理温度が１０００℃以上で得られた炭素中の水素量
についてはＪＩＳＺ２６１４に準拠する方法で、不活性
ガス融解熱電導度法に基づく堀場製作所製のＥＭＧＡ６
２１を用い求めた。
セン系オリゴマーの熱処理、ポリ−Ｐ−フェニレンの熱
処理、石油生コークスの熱処理により得られるＨ／Ｃ比
（水素原子数と炭素原子数との比）が種々異なる非晶質
炭素材料を作製した。そしてこれらの炭素中の水素原子
数、炭素原子数を、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ製の元素分
析装置（Ｍｏｄｅｌ−２４０Ｃ）により測定するほか、
熱処理温度が１０００℃以上で得られた炭素中の水素量
についてはＪＩＳＺ２６１４に準拠する方法で、不活性
ガス融解熱電導度法に基づく堀場製作所製のＥＭＧＡ６
２１を用い求めた。
【００３０】これらの元素分析は、サンプルを１２０℃
で約５時間乾燥した後、アルゴン雰囲気中でアルミニウ
ムカップにサンプリングし、燃焼により生じるＣＯ２ガ
スの重量から炭素含有量を、また、発生するＨ２Ｏの重
量から水素含有量を求めることにより行われる。
で約５時間乾燥した後、アルゴン雰囲気中でアルミニウ
ムカップにサンプリングし、燃焼により生じるＣＯ２ガ
スの重量から炭素含有量を、また、発生するＨ２Ｏの重
量から水素含有量を求めることにより行われる。
【００３１】図２には、その結果として非晶質炭素のＨ
／Ｃと水素吸蔵量との関係を示している。横軸にＨ／Ｃ
比を採り、縦軸に水素吸蔵量（ｖｏｌ％）を採ってい
る。その結果、図２よりやはりポリアセン系オリゴマー
を用いたものがＨ／Ｃ比の広い範囲において最も水素吸
蔵量が多いことを示しているが、ポリアセン系オリゴマ
ー、ポリ−Ｐ−フェニレン、石油生コークスのいずれの
場合もＨ／Ｃ比が０．０５以上０．４５以下の非晶質炭
素では水素吸蔵量は０．１８ｖｏｌ％以上となって、活
性炭に比べ増加することを示している。
／Ｃと水素吸蔵量との関係を示している。横軸にＨ／Ｃ
比を採り、縦軸に水素吸蔵量（ｖｏｌ％）を採ってい
る。その結果、図２よりやはりポリアセン系オリゴマー
を用いたものがＨ／Ｃ比の広い範囲において最も水素吸
蔵量が多いことを示しているが、ポリアセン系オリゴマ
ー、ポリ−Ｐ−フェニレン、石油生コークスのいずれの
場合もＨ／Ｃ比が０．０５以上０．４５以下の非晶質炭
素では水素吸蔵量は０．１８ｖｏｌ％以上となって、活
性炭に比べ増加することを示している。
【００３２】（実施例６）実施例５で作成したポリアセ
ン系オリゴマー、ポリ−Ｐ−フェニレン、石油生コーク
スの各熱処理品の中でＨ／Ｃ比が０．１７〜０．１９の
ものと、Ｈ／Ｃ比が０．４３〜０．４５のものを選び、
これらの非晶質炭素の層間距離（ｄ００２）を理学電機
製の広角Ｘ線回折装置（ＲＡＤ−Ｂ）を用いて求めた。
広角Ｘ線回折による（００２）面の面間隔（ｄ００２）
の測定は、炭素が粉末の場合はそのまま、微小片状の場
合はめのう乳鉢で粉末化し、硝子製試料セルにつめ、グ
ラファイトモノクロメータで単色化したＣｕＫαを線源
とし、反射式ディフラクトメータ法によって広角Ｘ線回
折強度曲線を測定することにより行う。そして曲線がピ
ークを有する角度２θとＣｕＫα線の波長λとから次の
数１のブラッグ式によってｄ００２を求めた。
ン系オリゴマー、ポリ−Ｐ−フェニレン、石油生コーク
スの各熱処理品の中でＨ／Ｃ比が０．１７〜０．１９の
ものと、Ｈ／Ｃ比が０．４３〜０．４５のものを選び、
これらの非晶質炭素の層間距離（ｄ００２）を理学電機
製の広角Ｘ線回折装置（ＲＡＤ−Ｂ）を用いて求めた。
広角Ｘ線回折による（００２）面の面間隔（ｄ００２）
の測定は、炭素が粉末の場合はそのまま、微小片状の場
合はめのう乳鉢で粉末化し、硝子製試料セルにつめ、グ
ラファイトモノクロメータで単色化したＣｕＫαを線源
とし、反射式ディフラクトメータ法によって広角Ｘ線回
折強度曲線を測定することにより行う。そして曲線がピ
ークを有する角度２θとＣｕＫα線の波長λとから次の
数１のブラッグ式によってｄ００２を求めた。
【００３３】
【数１】
【００３４】図３には、その結果として非晶質炭素の
（００２）面の層間距離（ｎｍ）と水素吸蔵量（ｖｏｌ
％）との関係を示している。横軸にｄ００２（層間距
離）を採り、縦軸に水素吸蔵量（ｖｏｌ％）を採ってい
る。その結果、図３より、Ｈ／Ｃ比が低い方がｄ００２
の層間距離の幅広い範囲で高い水素吸蔵量が多いことを
示しているが、さらに非晶質炭素中のＨ／Ｃ比が０．０
５以上０．４５以下で、層間距離が０．４ｎｍ以上のも
のの水素吸蔵量は活性炭を用いるよりも増加し、層間距
離が０．３５ｎｍ以下のものではその優位性は認められ
ない。
（００２）面の層間距離（ｎｍ）と水素吸蔵量（ｖｏｌ
％）との関係を示している。横軸にｄ００２（層間距
離）を採り、縦軸に水素吸蔵量（ｖｏｌ％）を採ってい
る。その結果、図３より、Ｈ／Ｃ比が低い方がｄ００２
の層間距離の幅広い範囲で高い水素吸蔵量が多いことを
示しているが、さらに非晶質炭素中のＨ／Ｃ比が０．０
５以上０．４５以下で、層間距離が０．４ｎｍ以上のも
のの水素吸蔵量は活性炭を用いるよりも増加し、層間距
離が０．３５ｎｍ以下のものではその優位性は認められ
ない。
【００３５】本発明は上記した実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種
々の改変が可能である。例えば、上記実施の形態では、
非晶質炭素の生成原料としてポリアセン系オリゴマー、
ポリ−Ｐ−フェニレン（ＰＰＰ）、あるいは石油系重質
油からの生コークスを用いたが、勿論それ以外の高分子
化合物、天然高分子、あるいは石炭系生コークスなどを
用いることができることは発明の趣旨から明らかであ
る。
れるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種
々の改変が可能である。例えば、上記実施の形態では、
非晶質炭素の生成原料としてポリアセン系オリゴマー、
ポリ−Ｐ−フェニレン（ＰＰＰ）、あるいは石油系重質
油からの生コークスを用いたが、勿論それ以外の高分子
化合物、天然高分子、あるいは石炭系生コークスなどを
用いることができることは発明の趣旨から明らかであ
る。
【００３６】
【発明の効果】本発明の水素吸蔵材料は、請求項１記載
のように、比表面積が４００ｍ２／ｇ以下であってＨ／
Ｃ比が０．０５〜０．４５の範囲にある非晶質炭素に水
素を吸蔵させるものであるから、従来の活性炭を用いた
ものよりも体積当たりの水素吸蔵量を増大させることが
できる。したがってこの水素吸蔵材料を車載動力源ある
いは小型発電器などの燃料電池システムにおける燃料源
（水素供給源）に適用することは、安全性が高いばかり
でなく、発電時間を延長できるなどの効果を奏するもの
である。
のように、比表面積が４００ｍ２／ｇ以下であってＨ／
Ｃ比が０．０５〜０．４５の範囲にある非晶質炭素に水
素を吸蔵させるものであるから、従来の活性炭を用いた
ものよりも体積当たりの水素吸蔵量を増大させることが
できる。したがってこの水素吸蔵材料を車載動力源ある
いは小型発電器などの燃料電池システムにおける燃料源
（水素供給源）に適用することは、安全性が高いばかり
でなく、発電時間を延長できるなどの効果を奏するもの
である。
【００３７】また、請求項２記載のように、非晶質炭素
の炭素結晶子層間距離を０．４ｎｍ以上としたり、請求
項３記載のように、高分子化合物などを５００℃〜９０
０℃で加熱して得られた非晶質炭素を用いることによ
り、さらに請求項４記載のように、その加熱を不活性雰
囲気下で行うことにより、水素吸蔵量を増大が図れ、本
発明の効果は一層大きいものとなる。
の炭素結晶子層間距離を０．４ｎｍ以上としたり、請求
項３記載のように、高分子化合物などを５００℃〜９０
０℃で加熱して得られた非晶質炭素を用いることによ
り、さらに請求項４記載のように、その加熱を不活性雰
囲気下で行うことにより、水素吸蔵量を増大が図れ、本
発明の効果は一層大きいものとなる。
【図１】本発明に係る非晶質炭素生成時の熱処理温度と
得られた非晶質炭素の水素吸蔵量との関係を示した図で
ある。
得られた非晶質炭素の水素吸蔵量との関係を示した図で
ある。
【図２】本発明に係る非晶質炭素のＨ／Ｃ比と水素吸蔵
量との関係を示した図である。
量との関係を示した図である。
【図３】本発明に係る非晶質炭素のｄ００２層間距離と
水素吸蔵量との関係を示した図である。
水素吸蔵量との関係を示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G040 AA36 AA42 4G046 CA04 CA06 CB02 CB08 CC02 CC03 5H027 BA13
Claims (4)
- 【請求項１】 炭化水素の炭素結晶子を含む層状構造の
非晶質炭素の比表面積が４００ｍ２／ｇ以下であって、
水素原子数と炭素原子数との比Ｈ／Ｃが０．０５以上
０．４５以下の範囲にあり、この非晶質炭素の炭素結晶
子層間もしくは結晶子末端間に水素を吸蔵させてなるこ
とを特徴とする水素吸蔵材料。 - 【請求項２】 前記非晶質炭素の炭素結晶子層間距離が
０．４ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の
水素吸蔵材料。 - 【請求項３】 前記非晶質炭素は、高分子化合物、天然
高分子、石油または石炭から得られる生コークスより選
ばれた１種または２種以上の材料を５００℃以上９００
℃以下の温度範囲で熱処理して得られたものである請求
項１または２記載の水素吸蔵材料。 - 【請求項４】 前記熱処理は不活性雰囲気下で行われた
ものであることを特徴とする請求項３に記載の水素吸蔵
材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28524699A JP2001106516A (ja) | 1999-10-06 | 1999-10-06 | 水素吸蔵材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28524699A JP2001106516A (ja) | 1999-10-06 | 1999-10-06 | 水素吸蔵材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001106516A true JP2001106516A (ja) | 2001-04-17 |
Family
ID=17689017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28524699A Pending JP2001106516A (ja) | 1999-10-06 | 1999-10-06 | 水素吸蔵材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001106516A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6733922B2 (en) * | 2001-03-02 | 2004-05-11 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Carbonaceous material and lithium secondary batteries comprising same |
| JP2005021876A (ja) * | 2003-06-09 | 2005-01-27 | Nissan Motor Co Ltd | 水素吸蔵材料、水素貯蔵装置、水素貯蔵システム、燃料電池車両、及び水素吸蔵材料の製造方法 |
| US8178471B2 (en) | 2003-01-31 | 2012-05-15 | Japan Science And Technology Agency | Hydrogen storage materials and process for the preparation of the same |
| US8323752B2 (en) | 2004-02-27 | 2012-12-04 | Japan Science And Technology Agency | Carbon-based thin film, and process for producing the same, and member using the thin film |
-
1999
- 1999-10-06 JP JP28524699A patent/JP2001106516A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6733922B2 (en) * | 2001-03-02 | 2004-05-11 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Carbonaceous material and lithium secondary batteries comprising same |
| US8178471B2 (en) | 2003-01-31 | 2012-05-15 | Japan Science And Technology Agency | Hydrogen storage materials and process for the preparation of the same |
| JP2005021876A (ja) * | 2003-06-09 | 2005-01-27 | Nissan Motor Co Ltd | 水素吸蔵材料、水素貯蔵装置、水素貯蔵システム、燃料電池車両、及び水素吸蔵材料の製造方法 |
| US8323752B2 (en) | 2004-02-27 | 2012-12-04 | Japan Science And Technology Agency | Carbon-based thin film, and process for producing the same, and member using the thin film |
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