JP2002128501A - ガス吸蔵方法及び燃料電池 - Google Patents
ガス吸蔵方法及び燃料電池Info
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 重量を有する容器や、コストがかかる合金な
どを使用することなく、ガスを貯蔵する。 【解決手段】 低温として液化した水素をカーボンナノ
チューブにさらす。このとき、毛細管現象によって液化
水素がカーボンナノチューブへ入り込む。すなわち、水
素がカーボンナノチューブへ吸蔵されたこととなる。こ
のとき、毛細管現象によってヒステリシスが生じている
ため、液化水素は、通常気化する３０Ｋ以上の温度とさ
れたときにも、大部分はガスに戻ることなく液化された
ままカーボンナノチューブの内部に保持される。
どを使用することなく、ガスを貯蔵する。 【解決手段】 低温として液化した水素をカーボンナノ
チューブにさらす。このとき、毛細管現象によって液化
水素がカーボンナノチューブへ入り込む。すなわち、水
素がカーボンナノチューブへ吸蔵されたこととなる。こ
のとき、毛細管現象によってヒステリシスが生じている
ため、液化水素は、通常気化する３０Ｋ以上の温度とさ
れたときにも、大部分はガスに戻ることなく液化された
ままカーボンナノチューブの内部に保持される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体へのガスの吸
蔵方法、及び固体へガスを吸蔵させた後に固体からガス
を放出させるガスの吸蔵放出方法に関する。また、ガス
を吸蔵した固体を使用した燃料電池に関する。
蔵方法、及び固体へガスを吸蔵させた後に固体からガス
を放出させるガスの吸蔵放出方法に関する。また、ガス
を吸蔵した固体を使用した燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】産業革命以後、自動車などの動力源、及
び電力発生のための燃料などとして、多岐に亘ってガソ
リンや軽油などの化石燃料が用いられてきた。この化石
燃料の利用により、人類は飛躍的な生活水準の向上や産
業の発展を享受した。
び電力発生のための燃料などとして、多岐に亘ってガソ
リンや軽油などの化石燃料が用いられてきた。この化石
燃料の利用により、人類は飛躍的な生活水準の向上や産
業の発展を享受した。
【０００３】しかしその反面において、この化石燃料を
燃焼させるときに発生する二酸化炭素、二酸化硫黄、窒
素酸化物などにより、地球は深刻な環境破壊の脅威にさ
らされている。また、化石燃料は、長期的な安定供給に
ついても疑問が投げかけられている。
燃焼させるときに発生する二酸化炭素、二酸化硫黄、窒
素酸化物などにより、地球は深刻な環境破壊の脅威にさ
らされている。また、化石燃料は、長期的な安定供給に
ついても疑問が投げかけられている。
【０００４】そこで、このような化石燃料に代わる代替
エネルギーとして、水素燃料が注目されている。水素燃
料は燃焼後に水のみが発生し、地球環境に対する影響が
小さいクリーンエネルギーである。
エネルギーとして、水素燃料が注目されている。水素燃
料は燃焼後に水のみが発生し、地球環境に対する影響が
小さいクリーンエネルギーである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この水素を有効に貯蔵
し、発生させ、且つ容易に運搬する方法の開発が現在注
目されている。通常、水素は、高圧貯蔵、液化貯蔵、水
素吸蔵合金による貯蔵などの方法で貯蔵される。
し、発生させ、且つ容易に運搬する方法の開発が現在注
目されている。通常、水素は、高圧貯蔵、液化貯蔵、水
素吸蔵合金による貯蔵などの方法で貯蔵される。
【０００６】しかしながら、高圧貯蔵及び液化貯蔵を行
ったときには、容器重量が重いことによって輸送が困難
になることや、取り扱いが困難になることなどが問題点
として挙げられる。また、水素吸蔵合金による貯蔵は、
水素吸蔵合金の重量が重いことや、コストがかかること
などが問題となっており、商業化には至っていない。
ったときには、容器重量が重いことによって輸送が困難
になることや、取り扱いが困難になることなどが問題点
として挙げられる。また、水素吸蔵合金による貯蔵は、
水素吸蔵合金の重量が重いことや、コストがかかること
などが問題となっており、商業化には至っていない。
【０００７】本発明は以上のような従来の実情を鑑みて
提案されたものであり、コストをかけることなく重量が
軽くなるようにガスを貯蔵することを可能とするガスの
吸蔵方法を提供することを目的とする。また、コストを
かけることなく重量が軽くなるようにガスを吸蔵した固
体を使用した燃料電池を提供することを目的とする。
提案されたものであり、コストをかけることなく重量が
軽くなるようにガスを貯蔵することを可能とするガスの
吸蔵方法を提供することを目的とする。また、コストを
かけることなく重量が軽くなるようにガスを吸蔵した固
体を使用した燃料電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係るガスの吸蔵
方法は、固体にガスを吸蔵させるに際し、上記ガスを液
化させて、毛細管現象によって上記固体に対して吸蔵さ
せることを特徴とする。
方法は、固体にガスを吸蔵させるに際し、上記ガスを液
化させて、毛細管現象によって上記固体に対して吸蔵さ
せることを特徴とする。
【０００９】液化されたガス（以下、液化ガスと称す
る。）は、毛細管現象によって固体に吸蔵される。毛細
管現象によって吸蔵された液化ガスにはヒステリシスが
生じているため、ガスの温度が液化された温度より上が
ったときにも、固体に吸蔵された液化ガスの大部分はガ
スに戻ることはなく液化された状態で維持され、毛細管
現象によって固体に吸蔵された状態のままとなる。
る。）は、毛細管現象によって固体に吸蔵される。毛細
管現象によって吸蔵された液化ガスにはヒステリシスが
生じているため、ガスの温度が液化された温度より上が
ったときにも、固体に吸蔵された液化ガスの大部分はガ
スに戻ることはなく液化された状態で維持され、毛細管
現象によって固体に吸蔵された状態のままとなる。
【００１０】したがって、本発明に係るガス吸蔵方法に
よれば、固体に対するガスの吸蔵量を増加させることが
可能となる。
よれば、固体に対するガスの吸蔵量を増加させることが
可能となる。
【００１１】また、ガスを吸蔵させる固体としてカーボ
ンナノチューブなどの軽量である固体を使用することに
よって、重量の重い容器やコストがかかる合金などを使
用することなくガスを貯蔵することを可能とする。そし
て、ガスを、コストをかけることなく重量が軽くなるよ
うに貯蔵することが可能となる。
ンナノチューブなどの軽量である固体を使用することに
よって、重量の重い容器やコストがかかる合金などを使
用することなくガスを貯蔵することを可能とする。そし
て、ガスを、コストをかけることなく重量が軽くなるよ
うに貯蔵することが可能となる。
【００１２】また、本発明に係る燃料電池は、負極と、
プロトン伝導体と、正極との積層構造からなり、ガス吸
蔵部を備えてなる燃料電池において、上記ガス吸蔵部
は、ガスを一度液化させて、毛細管現象によって吸蔵さ
せた固体によって形成されていることを特徴とする。
プロトン伝導体と、正極との積層構造からなり、ガス吸
蔵部を備えてなる燃料電池において、上記ガス吸蔵部
は、ガスを一度液化させて、毛細管現象によって吸蔵さ
せた固体によって形成されていることを特徴とする。
【００１３】したがって、本発明に係る燃料電池におい
ては、燃料となるガスが、コストをかけることなく重量
が軽くなるように貯蔵されている。
ては、燃料となるガスが、コストをかけることなく重量
が軽くなるように貯蔵されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用したガス吸蔵
方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】ここでは、本発明を適用したガス吸蔵方法
によってカーボンナノチューブに対して水素を吸蔵させ
た例について説明するが、本発明は以下の例に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任
意に変更可能であることは言うまでもない。
によってカーボンナノチューブに対して水素を吸蔵させ
た例について説明するが、本発明は以下の例に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任
意に変更可能であることは言うまでもない。
【００１６】まず、毛細管現象を利用することによっ
て、固体にガスを吸蔵させることが可能となる原理につ
いて説明する。
て、固体にガスを吸蔵させることが可能となる原理につ
いて説明する。
【００１７】一般的に、ガスの固体への物理吸着に関す
る理論としては、以下に示す式１で表されるラングミュ
ア吸着等温式が知られている。ここで、ｆは被覆率を表
しており、εは固体の吸着ポテンシャルを表しており、
μはガスの化学ポテンシャルを表している。また、ｋは
ボルツマン係数を表しており、Ｔは絶対温度を表してお
り、Ｒは気体定数を表している。
る理論としては、以下に示す式１で表されるラングミュ
ア吸着等温式が知られている。ここで、ｆは被覆率を表
しており、εは固体の吸着ポテンシャルを表しており、
μはガスの化学ポテンシャルを表している。また、ｋは
ボルツマン係数を表しており、Ｔは絶対温度を表してお
り、Ｒは気体定数を表している。
【００１８】
【数１】
【００１９】式１から明らかなように、ガスの固体への
物理吸着は、ガスの化学ポテンシャルと固体の吸着ポテ
ンシャルとのエネルギー差で支配される。すなわち、通
常、固体の吸着ポテンシャルに対してガスの化学ポテン
シャルは低い位置にあるが、一度ガスを低温にすること
や高圧にすることによって固体の吸着ポテンシャルに対
してガスの化学ポテンシャルを高くすることが可能とな
り、ガスを固体へ吸蔵させることが可能となる。
物理吸着は、ガスの化学ポテンシャルと固体の吸着ポテ
ンシャルとのエネルギー差で支配される。すなわち、通
常、固体の吸着ポテンシャルに対してガスの化学ポテン
シャルは低い位置にあるが、一度ガスを低温にすること
や高圧にすることによって固体の吸着ポテンシャルに対
してガスの化学ポテンシャルを高くすることが可能とな
り、ガスを固体へ吸蔵させることが可能となる。
【００２０】しかしながら、一度低温にすることや高圧
にすることによって固体へ吸蔵させたガスは、温度が上
昇したときや圧力が下がったときには、再び固体の吸着
ポテンシャルよりもガスの化学ポテンシャルが低くなる
ために、低温にすることや高圧にすることによって固体
へ吸蔵させたガスを、固体へ吸蔵させた状態のまま維持
することは困難となる。
にすることによって固体へ吸蔵させたガスは、温度が上
昇したときや圧力が下がったときには、再び固体の吸着
ポテンシャルよりもガスの化学ポテンシャルが低くなる
ために、低温にすることや高圧にすることによって固体
へ吸蔵させたガスを、固体へ吸蔵させた状態のまま維持
することは困難となる。
【００２１】しかしながら、ガスと固体との吸着等温線
に、図１に示すようないわゆるヒステリシスを生じさせ
ることで、低温にすることや高圧にすることによって固
体へ吸蔵されたガスは、ガスが吸蔵された状態よりも温
度が上昇したときや圧力が下がったときにも、ガスの大
部分を固体へ吸蔵された状態のままとさせうる。
に、図１に示すようないわゆるヒステリシスを生じさせ
ることで、低温にすることや高圧にすることによって固
体へ吸蔵されたガスは、ガスが吸蔵された状態よりも温
度が上昇したときや圧力が下がったときにも、ガスの大
部分を固体へ吸蔵された状態のままとさせうる。
【００２２】なお、図１は、圧力に応じた状態変化のヒ
ステリシスを表すグラフであり、横軸は圧力を表してお
り、縦軸は体積を表している。そして、最初の状態変化
は圧力がＰ１であるときに起こり、逆の状態変化は圧力
がＰ２であるときに起こることを表している。
ステリシスを表すグラフであり、横軸は圧力を表してお
り、縦軸は体積を表している。そして、最初の状態変化
は圧力がＰ１であるときに起こり、逆の状態変化は圧力
がＰ２であるときに起こることを表している。
【００２３】上述したヒステリシスを生じさせる要因
は、ガスの化学ポテンシャルと固体の吸着ポテンシャル
との間に存在する活性化エネルギーや、固体の構造によ
って生じる毛細管現象が考えられる。このうち、毛細管
現象では、凹凸を有する固体の凹部や筒型とされている
固体の筒内部においてガスが液体へ凝縮することによっ
てヒステリシスが生じる。
は、ガスの化学ポテンシャルと固体の吸着ポテンシャル
との間に存在する活性化エネルギーや、固体の構造によ
って生じる毛細管現象が考えられる。このうち、毛細管
現象では、凹凸を有する固体の凹部や筒型とされている
固体の筒内部においてガスが液体へ凝縮することによっ
てヒステリシスが生じる。
【００２４】以下では、毛細管現象について詳述する。
【００２５】毛細管現象は、細い管を液体に立てたとき
に、管の内側における液面の蒸気圧Ｐと管の外側におけ
る液面の蒸気圧Ｐ0との違いに応じて、管の内側におけ
る液面と管の外側における液面との高さに差が発生する
現象である。すなわち、毛細管現象は、Ｐ0−Ｐ＞０と
されたときに、管の内側の液面が管の外側の液面よりも
高くなる現象である。
に、管の内側における液面の蒸気圧Ｐと管の外側におけ
る液面の蒸気圧Ｐ0との違いに応じて、管の内側におけ
る液面と管の外側における液面との高さに差が発生する
現象である。すなわち、毛細管現象は、Ｐ0−Ｐ＞０と
されたときに、管の内側の液面が管の外側の液面よりも
高くなる現象である。
【００２６】ＰとＰ0との間には、以下の式２（Kelvin
の式）に示すような関係が成立する。ここで、ρは表面
張力を示し、ＶLは液体の分子容を示し、θは接触角を
示し、ｒは管の半径を表している。
の式）に示すような関係が成立する。ここで、ρは表面
張力を示し、ＶLは液体の分子容を示し、θは接触角を
示し、ｒは管の半径を表している。
【００２７】
【数２】
【００２８】式２より、ｒが小さいほどＰ／Ｐ0値が小
さくなること、すなわち、Ｐ0とＰとの差が大きくな
り、管の内側の液面が高くなることが分かる。
さくなること、すなわち、Ｐ0とＰとの差が大きくな
り、管の内側の液面が高くなることが分かる。
【００２９】上述した毛細管現象を利用して固体へガス
を吸蔵させるときには、最初にガスを低温又は高圧にし
て液化させる必要がある。また、液化させたガス（以
下、液化ガスと称する。）を、毛細管現象を利用して吸
蔵させる固体の形状としては、表面に凹凸を有している
ことや、筒型とされていることなどが必要とされる。そ
して、液化ガスの中に固体をさらすと、液化ガスが固体
の凹凸の凹部や筒型とされている筒内部に入りこむ。
を吸蔵させるときには、最初にガスを低温又は高圧にし
て液化させる必要がある。また、液化させたガス（以
下、液化ガスと称する。）を、毛細管現象を利用して吸
蔵させる固体の形状としては、表面に凹凸を有している
ことや、筒型とされていることなどが必要とされる。そ
して、液化ガスの中に固体をさらすと、液化ガスが固体
の凹凸の凹部や筒型とされている筒内部に入りこむ。
【００３０】固体の凹部や筒内部に入り込んだ液化ガス
は、上述したようにヒステリシスが生じているために気
化しにくくなっており、ガスが液化した温度よりも高い
温度とされたときや、低い圧力とされたときにも、一部
は気化するものの、大部分は液化ガスとして凹部や筒内
部に入り込んだ状態のままとされている。すなわち、毛
細管現象によって固体の凹部や筒内部に入り込んだ液化
ガスの大部分が固体へ吸蔵されている状態となる。
は、上述したようにヒステリシスが生じているために気
化しにくくなっており、ガスが液化した温度よりも高い
温度とされたときや、低い圧力とされたときにも、一部
は気化するものの、大部分は液化ガスとして凹部や筒内
部に入り込んだ状態のままとされている。すなわち、毛
細管現象によって固体の凹部や筒内部に入り込んだ液化
ガスの大部分が固体へ吸蔵されている状態となる。
【００３１】ここで、毛細管現象を利用してガスを吸蔵
するために適した固体について、具体的に説明する。
するために適した固体について、具体的に説明する。
【００３２】毛細管現象を利用してガスを吸蔵させるた
めには、ガスを吸蔵させる固体は、上述したように表面
に凹凸を有していることや、筒型の形状とされているこ
とが必要とされる。
めには、ガスを吸蔵させる固体は、上述したように表面
に凹凸を有していることや、筒型の形状とされているこ
とが必要とされる。
【００３３】ガスを吸蔵させる固体が、表面に凹凸を有
している形状とされているときには、比表面積が１００
ａｍ2／ｍｏｌ以上（ただし、ａは固体を形成している
原子の平均原子量を示す。）とされていることが望まし
い。比表面積が１００ａｍ2／ｍｏｌ未満とされている
ときには、凹凸が不十分なため、毛細管現象が生じにく
くなる。
している形状とされているときには、比表面積が１００
ａｍ2／ｍｏｌ以上（ただし、ａは固体を形成している
原子の平均原子量を示す。）とされていることが望まし
い。比表面積が１００ａｍ2／ｍｏｌ未満とされている
ときには、凹凸が不十分なため、毛細管現象が生じにく
くなる。
【００３４】また、筒型の形状とされている材料として
は、図２に示すようなカーボンナノチューブ、Ｂ及びＮ
から形成されているナノチューブなどが挙げられる。特
に、カーボンナノチューブは、典型的なもので、直径が
１．３ｎｍとされ、長さが数μｍとされており、上述し
た毛細管現象を利用してガスを吸蔵するために適した形
状とされている。
は、図２に示すようなカーボンナノチューブ、Ｂ及びＮ
から形成されているナノチューブなどが挙げられる。特
に、カーボンナノチューブは、典型的なもので、直径が
１．３ｎｍとされ、長さが数μｍとされており、上述し
た毛細管現象を利用してガスを吸蔵するために適した形
状とされている。
【００３５】また、式２より、管の半径ｒが小さい方が
管の内側の液面が高くなることが分かっている。このこ
とから、カーボンナノチューブ、Ｂ及びＮから形成され
ているナノチューブにおいても、筒の半径ｒはできるだ
け小さい方が望ましい。
管の内側の液面が高くなることが分かっている。このこ
とから、カーボンナノチューブ、Ｂ及びＮから形成され
ているナノチューブにおいても、筒の半径ｒはできるだ
け小さい方が望ましい。
【００３６】また、カーボンナノチューブとＢ及びＮか
ら形成されたナノチューブ（以下、ナノチューブと総称
する。）とは、複数のナノチューブが束となっているバ
ンドル構造とされていることが望ましい。図３に示すよ
うに、ナノチューブ１がバンドル構造とされると、ナノ
チューブ１間が仮想的毛細管２となり、仮想的毛細管２
にも液化ガスが毛細管現象によって吸蔵される。すなわ
ち、ナノチューブ１と仮想的毛細管２との両方に対し
て、液化ガスが毛細管現象によって吸蔵されることとな
る。詳述すると、ナノチューブ１はそれぞれファンデル
ワールス力によってゆるやかにバンドルを形成してお
り、ナノチューブ１間に生じた空間が、仮想的毛細管２
とされる。なお、図３中矢印Ｒは、各ナノチューブ１の
ファンデルワールス半径を示している。したがって、複
数のナノチューブ１をバンドル構造とすることによっ
て、ナノチューブ１と仮想的毛細管２との双方に液化し
たガスを吸蔵させることができるため、ガスの吸蔵量を
増加させることが可能となる。
ら形成されたナノチューブ（以下、ナノチューブと総称
する。）とは、複数のナノチューブが束となっているバ
ンドル構造とされていることが望ましい。図３に示すよ
うに、ナノチューブ１がバンドル構造とされると、ナノ
チューブ１間が仮想的毛細管２となり、仮想的毛細管２
にも液化ガスが毛細管現象によって吸蔵される。すなわ
ち、ナノチューブ１と仮想的毛細管２との両方に対し
て、液化ガスが毛細管現象によって吸蔵されることとな
る。詳述すると、ナノチューブ１はそれぞれファンデル
ワールス力によってゆるやかにバンドルを形成してお
り、ナノチューブ１間に生じた空間が、仮想的毛細管２
とされる。なお、図３中矢印Ｒは、各ナノチューブ１の
ファンデルワールス半径を示している。したがって、複
数のナノチューブ１をバンドル構造とすることによっ
て、ナノチューブ１と仮想的毛細管２との双方に液化し
たガスを吸蔵させることができるため、ガスの吸蔵量を
増加させることが可能となる。
【００３７】また、毛細管現象によるヒステリシスは、
例えばいわゆるインク壺型など、部位によって径ｒが異
なる形状とされているときに大きくなることが知られて
いる。このため、ナノチューブ１間の空間、すなわち仮
想的毛細管２は、その断面積が一定とされていない形状
を有していることが望ましい。
例えばいわゆるインク壺型など、部位によって径ｒが異
なる形状とされているときに大きくなることが知られて
いる。このため、ナノチューブ１間の空間、すなわち仮
想的毛細管２は、その断面積が一定とされていない形状
を有していることが望ましい。
【００３８】以上の説明から、ガスを吸蔵させるための
固体としては、図４に示すような、ナノチューブ１がバ
ンドル状とされたものを使用することが最も望ましいと
考えられる。
固体としては、図４に示すような、ナノチューブ１がバ
ンドル状とされたものを使用することが最も望ましいと
考えられる。
【００３９】以下では、毛細管現象を利用してガスを固
体に吸蔵させる方法の一例として、水素を低温にして液
化した後に、毛細管現象を利用してカーボンナノチュー
ブへ吸蔵させるための具体的な方法について説明する。
体に吸蔵させる方法の一例として、水素を低温にして液
化した後に、毛細管現象を利用してカーボンナノチュー
ブへ吸蔵させるための具体的な方法について説明する。
【００４０】毛細管現象を利用して水素をカーボンナノ
チューブへ吸蔵させるためには、具体的に、図５に示す
ように、水素ボンベ１０と、カーボンナノチューブを入
れるためのシリンダ１１と、デュワー１２と、質量流量
計（ＭＦ；mass flowmeter）１３と、圧力計１４と、温
度計１５とを備えた装置を使用する。
チューブへ吸蔵させるためには、具体的に、図５に示す
ように、水素ボンベ１０と、カーボンナノチューブを入
れるためのシリンダ１１と、デュワー１２と、質量流量
計（ＭＦ；mass flowmeter）１３と、圧力計１４と、温
度計１５とを備えた装置を使用する。
【００４１】先ず、シリンダ１１内にカーボンナノチュ
ーブを入れる。この状態で、水素ボンベ１０からシリン
ダ１１へ水素ガスを封入する。そして、シリンダ１１を
液体ヘリウムによって満たされたデュワー１２に浸すこ
とによって、シリンダ１１内を３０Ｋ以下としてシリン
ダ１１内部の水素を液化する。このとき、シリンダ１１
内では、カーボンナノチューブが液化した水素（以下、
液化水素と称する。）にさらされることとなり、この液
化水素は、カーボンナノチューブへ入り込む。すなわ
ち、水素がカーボンナノチューブへ吸蔵されたこととな
る。なお、ＭＦ１３及び圧力計１４によって、カーボン
ナノチューブへ吸蔵された水素の量を測定することが可
能となる。
ーブを入れる。この状態で、水素ボンベ１０からシリン
ダ１１へ水素ガスを封入する。そして、シリンダ１１を
液体ヘリウムによって満たされたデュワー１２に浸すこ
とによって、シリンダ１１内を３０Ｋ以下としてシリン
ダ１１内部の水素を液化する。このとき、シリンダ１１
内では、カーボンナノチューブが液化した水素（以下、
液化水素と称する。）にさらされることとなり、この液
化水素は、カーボンナノチューブへ入り込む。すなわ
ち、水素がカーボンナノチューブへ吸蔵されたこととな
る。なお、ＭＦ１３及び圧力計１４によって、カーボン
ナノチューブへ吸蔵された水素の量を測定することが可
能となる。
【００４２】上述したように、カーボンナノチューブに
吸蔵された液化水素には、毛細管現象によるヒステリシ
スが生じている。このため、カーボンナノチューブに吸
蔵された液化水素は、液化水素が通常気化する温度より
も高い温度とされたときにも、一部は気化してガスに戻
るものの、大部分はガスに戻ることはなく液化水素のま
まとされ、毛細管現象によってカーボンナノチューブの
中に入り込んだ状態が維持される。
吸蔵された液化水素には、毛細管現象によるヒステリシ
スが生じている。このため、カーボンナノチューブに吸
蔵された液化水素は、液化水素が通常気化する温度より
も高い温度とされたときにも、一部は気化してガスに戻
るものの、大部分はガスに戻ることはなく液化水素のま
まとされ、毛細管現象によってカーボンナノチューブの
中に入り込んだ状態が維持される。
【００４３】本実施の形態では、１００ａｔｍの水素を
シリンダ１１へ入れた後にシリンダ１１内の温度を１０
Ｋとして水素を液化して液化水素とし、当該液化水素を
毛細管現象によってカーボンナノチューブに吸蔵させた
後、シリンダ１１内の温度を８０Ｋとしてカーボンナノ
チューブへ吸蔵された水素の量を測定した。この結果、
カーボンナノチューブには、約１０重量％の水素が吸蔵
されていることが判明した。これに対して、１００ａｔ
ｍの水素をシリンダ１１へ入れた後にシリンダ１１内の
温度を８０Ｋとし、水素を液化させずにカーボンナノチ
ューブに吸蔵させたときのカーボンナノチューブへの水
素の吸蔵量を測定したところ、カーボンナノチューブに
吸蔵されている水素は、約８重量％であった。
シリンダ１１へ入れた後にシリンダ１１内の温度を１０
Ｋとして水素を液化して液化水素とし、当該液化水素を
毛細管現象によってカーボンナノチューブに吸蔵させた
後、シリンダ１１内の温度を８０Ｋとしてカーボンナノ
チューブへ吸蔵された水素の量を測定した。この結果、
カーボンナノチューブには、約１０重量％の水素が吸蔵
されていることが判明した。これに対して、１００ａｔ
ｍの水素をシリンダ１１へ入れた後にシリンダ１１内の
温度を８０Ｋとし、水素を液化させずにカーボンナノチ
ューブに吸蔵させたときのカーボンナノチューブへの水
素の吸蔵量を測定したところ、カーボンナノチューブに
吸蔵されている水素は、約８重量％であった。
【００４４】このことから、水素を一度液化させ、毛細
管現象によってカーボンナノチューブへ吸蔵させること
で、カーボンナノチューブへの水素の吸蔵量が増加する
ことが判明した。
管現象によってカーボンナノチューブへ吸蔵させること
で、カーボンナノチューブへの水素の吸蔵量が増加する
ことが判明した。
【００４５】以上説明したように、本発明を適用した水
素の吸蔵方法は、水素を液化させた後に、毛細管現象を
利用して液化水素をカーボンナノチューブへ吸蔵させ
る。このことによって、吸蔵された液化水素にヒステリ
シスが生じ、液化された温度より高い温度となっても固
体に吸蔵された液化水素の大部分はガスに戻ることはな
く液化された状態で維持され、毛細管現象によって固体
に吸蔵された状態のままとなる。したがって、本発明に
係るガス吸蔵方法によれば、固体に対するガスの吸蔵量
を増加させることが可能となる。
素の吸蔵方法は、水素を液化させた後に、毛細管現象を
利用して液化水素をカーボンナノチューブへ吸蔵させ
る。このことによって、吸蔵された液化水素にヒステリ
シスが生じ、液化された温度より高い温度となっても固
体に吸蔵された液化水素の大部分はガスに戻ることはな
く液化された状態で維持され、毛細管現象によって固体
に吸蔵された状態のままとなる。したがって、本発明に
係るガス吸蔵方法によれば、固体に対するガスの吸蔵量
を増加させることが可能となる。
【００４６】また、いかなる物質においても、単位体積
当たりの質量数は、ガスよりも液体の方が多い。すなわ
ち、水素を液体として吸蔵することによって、同じ体積
の水素をガスとして吸蔵したときよりも水素の吸蔵量が
増加させることが可能となる。
当たりの質量数は、ガスよりも液体の方が多い。すなわ
ち、水素を液体として吸蔵することによって、同じ体積
の水素をガスとして吸蔵したときよりも水素の吸蔵量が
増加させることが可能となる。
【００４７】また、ガスを吸蔵させる固体としてカーボ
ンナノチューブなどの軽量である固体を使用することに
よって、重量の重い容器やコストがかかる合金などを使
用することなくガスを貯蔵することを可能とする。そし
て、ガスを、コストをかけることなく重量が軽くなるよ
うに貯蔵することが可能となる。
ンナノチューブなどの軽量である固体を使用することに
よって、重量の重い容器やコストがかかる合金などを使
用することなくガスを貯蔵することを可能とする。そし
て、ガスを、コストをかけることなく重量が軽くなるよ
うに貯蔵することが可能となる。
【００４８】上述したようにカーボンナノチューブに吸
蔵された水素は、動力源、及び電力発生のための燃料な
どとして使用することができ、自動車の動力源、及び一
般家庭用電気機器の燃料など、水素の供給を必要とする
システムに広く適用できる。
蔵された水素は、動力源、及び電力発生のための燃料な
どとして使用することができ、自動車の動力源、及び一
般家庭用電気機器の燃料など、水素の供給を必要とする
システムに広く適用できる。
【００４９】以下では、本発明を適用したガスの吸蔵方
法を燃料電池に適用した例について説明する。
法を燃料電池に適用した例について説明する。
【００５０】図６に示すように、燃料電池２０は、触媒
２１ａ，２１ｂをそれぞれ密着又は分散させた互いに対
向する端子２２ａ及び２３ａが備えられている負極２２
及び正極２３を有し、これらの両極間にプロトン伝導体
部２４が挟着されている。使用時には、負極２２側で
は、水素が水素供給源２５から水素導入口２６を介して
供給され、水素排出口２７から排出される。なお、水素
排出口２７は、必ずしも設けられなくても良い。負極２
２側では、水素が水素流路２９を通過する間にプロトン
を発生し、このプロトンは、プロトン伝導体部２４で発
生したプロトンと共に正極２３側へ移動し、そこで、酸
素導入口３０から酸素流路３１へ供給されて酸素排出口
３２へ向かう酸素と反応し、これにより所望の起電力が
取り出される。以上の構成の燃料電池２０において、水
素供給源２５として、本発明を適用したガスの吸蔵方法
によってガスが吸蔵されている固体を使用している。
２１ａ，２１ｂをそれぞれ密着又は分散させた互いに対
向する端子２２ａ及び２３ａが備えられている負極２２
及び正極２３を有し、これらの両極間にプロトン伝導体
部２４が挟着されている。使用時には、負極２２側で
は、水素が水素供給源２５から水素導入口２６を介して
供給され、水素排出口２７から排出される。なお、水素
排出口２７は、必ずしも設けられなくても良い。負極２
２側では、水素が水素流路２９を通過する間にプロトン
を発生し、このプロトンは、プロトン伝導体部２４で発
生したプロトンと共に正極２３側へ移動し、そこで、酸
素導入口３０から酸素流路３１へ供給されて酸素排出口
３２へ向かう酸素と反応し、これにより所望の起電力が
取り出される。以上の構成の燃料電池２０において、水
素供給源２５として、本発明を適用したガスの吸蔵方法
によってガスが吸蔵されている固体を使用している。
【００５１】なお、構成の燃料電池２０は、プロトン伝
導体部２４でプロトンが解離しつつ負極２２側から供給
されるプロトンが正極２３側へ移動するので、プロトン
の伝導率が高いという特徴がある。したがって、加湿装
置などが不必要となるので、システムの簡略化、軽量化
を図ることができる。
導体部２４でプロトンが解離しつつ負極２２側から供給
されるプロトンが正極２３側へ移動するので、プロトン
の伝導率が高いという特徴がある。したがって、加湿装
置などが不必要となるので、システムの簡略化、軽量化
を図ることができる。
【００５２】以上説明したように、燃料電池２０におい
ては、燃料となるガスが、コストをかけることなく重量
が軽くなるように水素を貯蔵することが可能となる。
ては、燃料となるガスが、コストをかけることなく重量
が軽くなるように水素を貯蔵することが可能となる。
【００５３】
【発明の効果】本発明に係るガスの吸蔵方法は、ガスを
液化した後に、毛細管現象を利用してガスを固体へ吸蔵
させる。このことによって、吸蔵された液化ガスにヒス
テリシスが生じ、液化された温度より高い温度となって
も固体に吸蔵された液化ガスの大部分はガスに戻ること
なく液化された状態のまま維持され、毛細管現象によっ
て固体に吸蔵された状態のままとなる。したがって、本
発明に係るガス吸蔵方法によれば、固体に対するガスの
吸蔵量を増加させることが可能となる。
液化した後に、毛細管現象を利用してガスを固体へ吸蔵
させる。このことによって、吸蔵された液化ガスにヒス
テリシスが生じ、液化された温度より高い温度となって
も固体に吸蔵された液化ガスの大部分はガスに戻ること
なく液化された状態のまま維持され、毛細管現象によっ
て固体に吸蔵された状態のままとなる。したがって、本
発明に係るガス吸蔵方法によれば、固体に対するガスの
吸蔵量を増加させることが可能となる。
【００５４】また、ガスを吸蔵させる固体としてカーボ
ンナノチューブなどの軽量である固体を使用することに
よって、重量の重い容器やコストがかかる合金などを使
用することなくガスを貯蔵することを可能とする。そし
て、ガスを、コストをかけることなく重量が軽くなるよ
うに貯蔵することが可能となる。
ンナノチューブなどの軽量である固体を使用することに
よって、重量の重い容器やコストがかかる合金などを使
用することなくガスを貯蔵することを可能とする。そし
て、ガスを、コストをかけることなく重量が軽くなるよ
うに貯蔵することが可能となる。
【００５５】また、本発明に係る燃料電池においては、
燃料となるガスが、コストをかけることなく重量が軽く
なるように貯蔵されている。
燃料となるガスが、コストをかけることなく重量が軽く
なるように貯蔵されている。
【図１】圧力に応じて体積が変化するときに、ヒステリ
シスが生じていることを示す図である。
シスが生じていることを示す図である。
【図２】カーボンナノチューブを示す斜視図である。
【図３】バンドル状となったカーボンナノチューブの断
面図である。
面図である。
【図４】部位によって半径ｒが異なるカーボンナノチュ
ーブが、バンドル状となっている状態を示す模式図であ
る。
ーブが、バンドル状となっている状態を示す模式図であ
る。
【図５】毛細管現象によって、液化した水素をカーボン
ナノチューブへ吸蔵させるときに使用した装置を示す模
式図である。
ナノチューブへ吸蔵させるときに使用した装置を示す模
式図である。
【図６】本発明を適用したガスの吸蔵方法によって水素
を吸蔵した炭素材料を使用した燃料電池の断面図であ
る。
を吸蔵した炭素材料を使用した燃料電池の断面図であ
る。
１ ナノチューブ、２ 仮想毛細管、１０ 水素ボン
ベ、１１ シリンダ、１２ デュワー、１３ 質量流量
計、１４ 圧力計、１５ 温度計、２０ 燃料電池、２
１ａ，２１ｂ 触媒、２２ 負極、２３ 正極、２４
プロトン伝導体部、２５ 水素供給源、２６ 水素導入
口、２７ 水素排出口、２９ 水素流路、３０ 酸素導
入口、３１ 酸素流路、３２ 酸素排出口
ベ、１１ シリンダ、１２ デュワー、１３ 質量流量
計、１４ 圧力計、１５ 温度計、２０ 燃料電池、２
１ａ，２１ｂ 触媒、２２ 負極、２３ 正極、２４
プロトン伝導体部、２５ 水素供給源、２６ 水素導入
口、２７ 水素排出口、２９ 水素流路、３０ 酸素導
入口、３１ 酸素流路、３２ 酸素排出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3E072 EA04 EA10 4G040 AA04 AA14 AA32 AA42 4G046 CA00 CB08 4G140 AA04 AA14 AA32 AA42 AA48 5H027 AA02 BA13
Claims (9)
- 【請求項１】 固体にガスを吸蔵させるに際し、 上記ガスを液化させて、毛細管現象によって上記固体に
対して吸蔵させることことを特徴とするガス吸蔵方法。 - 【請求項２】 上記固体は、比表面積が（１００ａ）ｍ
2／ｍｏｌ以上（ただし、ａは固体を形成している原子
の平均原子量を示す。）とされていることを特徴とする
請求項１記載のガス吸蔵方法。 - 【請求項３】 上記固体は、筒型の形状を有することを
特徴とする請求項１記載のガス吸蔵方法。 - 【請求項４】 上記固体は、ナノチューブであることを
特徴とする請求項３記載のガス吸蔵方法。 - 【請求項５】 上記ナノチューブは、バンドル状とされ
ていることを特徴とする請求項４記載のガス吸蔵方法。 - 【請求項６】 上記ナノチューブは、炭素からなること
を特徴とする請求項４記載のガス吸蔵方法。 - 【請求項７】 上記ナノチューブは、窒化ホウ素からな
ることを特徴とする請求項４記載のガス吸蔵方法。 - 【請求項８】 上記ガスは、水素であることを特徴とす
る請求項１記載のガス吸蔵方法。 - 【請求項９】 負極と、プロトン伝導体と、正極との積
層構造からなり、ガス吸蔵部を備えている燃料電池にお
いて、 上記ガス吸蔵部は、ガスを一度液化させて、毛細管現象
によって吸蔵させた固体によって形成されていることを
特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000318421A JP2002128501A (ja) | 2000-10-18 | 2000-10-18 | ガス吸蔵方法及び燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000318421A JP2002128501A (ja) | 2000-10-18 | 2000-10-18 | ガス吸蔵方法及び燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002128501A true JP2002128501A (ja) | 2002-05-09 |
Family
ID=18797049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000318421A Withdrawn JP2002128501A (ja) | 2000-10-18 | 2000-10-18 | ガス吸蔵方法及び燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002128501A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006003861A1 (ja) * | 2004-06-30 | 2006-01-12 | Japan Science And Technology Agency | ナノジェット噴出方法、及びナノジェット機構 |
| JP2013503310A (ja) * | 2009-08-27 | 2013-01-31 | マクアリスター テクノロジーズ エルエルシー | 物質を貯蔵する及び／又はフィルタリングするための装置及び方法 |
| US8617399B2 (en) | 2011-08-12 | 2013-12-31 | Mcalister Technologies, Llc | Dynamic filtration system and associated methods |
| US9314719B2 (en) | 2011-08-12 | 2016-04-19 | Mcalister Technologies, Llc | Filter having spiral-shaped distributor channels |
| US9409126B2 (en) | 2009-02-17 | 2016-08-09 | Mcalister Technologies, Llc | Apparatuses and methods for storing and/or filtering a substance |
| US9511663B2 (en) | 2013-05-29 | 2016-12-06 | Mcalister Technologies, Llc | Methods for fuel tank recycling and net hydrogen fuel and carbon goods production along with associated apparatus and systems |
| US9534296B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-01-03 | Mcalister Technologies, Llc | Methods of manufacture of engineered materials and devices |
-
2000
- 2000-10-18 JP JP2000318421A patent/JP2002128501A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006003861A1 (ja) * | 2004-06-30 | 2006-01-12 | Japan Science And Technology Agency | ナノジェット噴出方法、及びナノジェット機構 |
| US9409126B2 (en) | 2009-02-17 | 2016-08-09 | Mcalister Technologies, Llc | Apparatuses and methods for storing and/or filtering a substance |
| JP2013503310A (ja) * | 2009-08-27 | 2013-01-31 | マクアリスター テクノロジーズ エルエルシー | 物質を貯蔵する及び／又はフィルタリングするための装置及び方法 |
| JP2014025587A (ja) * | 2009-08-27 | 2014-02-06 | Mcalister Technologies Llc | 物質を貯蔵する及び／又はフィルタリングするための装置及びシステム |
| US8617399B2 (en) | 2011-08-12 | 2013-12-31 | Mcalister Technologies, Llc | Dynamic filtration system and associated methods |
| US9314719B2 (en) | 2011-08-12 | 2016-04-19 | Mcalister Technologies, Llc | Filter having spiral-shaped distributor channels |
| US9327226B2 (en) | 2011-08-12 | 2016-05-03 | Mcalister Technologies, Llc | Dynamic filtration system and associated methods |
| US9534296B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-01-03 | Mcalister Technologies, Llc | Methods of manufacture of engineered materials and devices |
| US9511663B2 (en) | 2013-05-29 | 2016-12-06 | Mcalister Technologies, Llc | Methods for fuel tank recycling and net hydrogen fuel and carbon goods production along with associated apparatus and systems |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080108 |