JP2003038953A - 水素吸蔵体および水素吸蔵装置 - Google Patents
水素吸蔵体および水素吸蔵装置Info
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 軽量で単位体積当たりの水素吸蔵量が大きい
水素吸蔵体を提供する。 【解決手段】 水素吸蔵体を、比表面積が１０００ｍ2
／ｇ以上であり嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上１ｇ／ｃ
ｍ3以下である炭素材料を含むものとする。軽量で、か
つ比表面積と嵩密度とがともに大きい炭素材料を含むた
め、単位重量および単位体積当たりの水素吸蔵量が大き
な水素吸蔵体となる。
水素吸蔵体を提供する。 【解決手段】 水素吸蔵体を、比表面積が１０００ｍ2
／ｇ以上であり嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上１ｇ／ｃ
ｍ3以下である炭素材料を含むものとする。軽量で、か
つ比表面積と嵩密度とがともに大きい炭素材料を含むた
め、単位重量および単位体積当たりの水素吸蔵量が大き
な水素吸蔵体となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素吸蔵体に関
し、詳しくは、炭素材料を含む水素吸蔵体に関する。
し、詳しくは、炭素材料を含む水素吸蔵体に関する。
【０００２】
【従来の技術】水素を貯蔵できる材料は、水素エネルギ
ーの実用化にむけて重要な材料であり、例えば、電気自
動車用電源等に利用される燃料電池を始めとして、様々
な用途への利用が期待されている。
ーの実用化にむけて重要な材料であり、例えば、電気自
動車用電源等に利用される燃料電池を始めとして、様々
な用途への利用が期待されている。
【０００３】水素貯蔵材料の一つとして、例えば、所定
の条件下で気体の水素を水素化物という固体の形で吸蔵
し、別の条件下で水素を放出する水素吸蔵合金が挙げら
れる。しかし、水素吸蔵合金は、重量が大きく単位重量
当たりの水素吸蔵量が小さい、また、水素の吸蔵・放出
を繰り返すにつれ水素吸蔵放出量が減少する等の問題が
ある。また、水素吸蔵合金であるＴｉＣｒＶ系合金、Ｌ
ａＮｉ5系合金等は、希少金属を含んでおり、その資源
の確保が困難でありコストも高い。
の条件下で気体の水素を水素化物という固体の形で吸蔵
し、別の条件下で水素を放出する水素吸蔵合金が挙げら
れる。しかし、水素吸蔵合金は、重量が大きく単位重量
当たりの水素吸蔵量が小さい、また、水素の吸蔵・放出
を繰り返すにつれ水素吸蔵放出量が減少する等の問題が
ある。また、水素吸蔵合金であるＴｉＣｒＶ系合金、Ｌ
ａＮｉ5系合金等は、希少金属を含んでおり、その資源
の確保が困難でありコストも高い。
【０００４】一方、水素貯蔵材料として、資源として豊
富で、かつ軽量な活性炭が注目されている。しかし、一
般に、活性炭に代表される炭素材料は嵩密度が低く、炭
素材料を容器に充填して用いる場合には、単位体積当た
りの水素吸蔵量が充分とはいえない。炭素材料の充填率
を向上させる試みの一つとして、例えば、特開２０００
−２８１３２４号公報には、多孔質の非金属無機材料の
内部に炭素材料を複合化した水素吸蔵体が示されてい
る。
富で、かつ軽量な活性炭が注目されている。しかし、一
般に、活性炭に代表される炭素材料は嵩密度が低く、炭
素材料を容器に充填して用いる場合には、単位体積当た
りの水素吸蔵量が充分とはいえない。炭素材料の充填率
を向上させる試みの一つとして、例えば、特開２０００
−２８１３２４号公報には、多孔質の非金属無機材料の
内部に炭素材料を複合化した水素吸蔵体が示されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に示された水素吸蔵体は、水素吸蔵体自体に水素吸蔵
放出能を持たない非金属無機材料を含むため、単位体積
当たりの水素吸蔵量は充分とはいえない。本発明は、上
記実状を鑑みてなされたものであり、軽量で単位体積当
たりの水素吸蔵量が大きい水素吸蔵体を提供することを
課題とする。
報に示された水素吸蔵体は、水素吸蔵体自体に水素吸蔵
放出能を持たない非金属無機材料を含むため、単位体積
当たりの水素吸蔵量は充分とはいえない。本発明は、上
記実状を鑑みてなされたものであり、軽量で単位体積当
たりの水素吸蔵量が大きい水素吸蔵体を提供することを
課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の水素吸蔵体は、
比表面積が１０００ｍ2／ｇ以上であり嵩密度が０．４
ｇ／ｃｍ3以上１ｇ／ｃｍ3以下である炭素材料を含むも
のである。
比表面積が１０００ｍ2／ｇ以上であり嵩密度が０．４
ｇ／ｃｍ3以上１ｇ／ｃｍ3以下である炭素材料を含むも
のである。
【０００７】すなわち、本発明の水素吸蔵体は、炭素材
料を含んでなり、その炭素材料の比表面積と嵩密度とが
ともに大きいため、単位体積当たりの水素吸蔵量は大き
いものとなる。また、炭素材料は軽量であることから、
単位重量当たりの水素吸蔵量も大きいものとなる。
料を含んでなり、その炭素材料の比表面積と嵩密度とが
ともに大きいため、単位体積当たりの水素吸蔵量は大き
いものとなる。また、炭素材料は軽量であることから、
単位重量当たりの水素吸蔵量も大きいものとなる。
【０００８】また、本発明の水素吸蔵装置は、容器と、
該容器に収容された水素吸蔵体とを含む水素吸蔵装置で
あって、前記水素吸蔵体は、比表面積が１０００ｍ2／
ｇ以上であり嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上１ｇ／ｃｍ3
以下である炭素材料を含むことを特徴とする。上述した
嵩密度が大きい炭素材料を容器に充填することで、単位
体積当たりの水素吸蔵量の大きい水素吸蔵装置となる。
該容器に収容された水素吸蔵体とを含む水素吸蔵装置で
あって、前記水素吸蔵体は、比表面積が１０００ｍ2／
ｇ以上であり嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上１ｇ／ｃｍ3
以下である炭素材料を含むことを特徴とする。上述した
嵩密度が大きい炭素材料を容器に充填することで、単位
体積当たりの水素吸蔵量の大きい水素吸蔵装置となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の水素吸蔵体および
水素吸蔵装置を詳細に説明する。
水素吸蔵装置を詳細に説明する。
【００１０】〈水素吸蔵体〉本発明の水素吸蔵体は、比
表面積が１０００ｍ2／ｇ以上であり嵩密度が０．４ｇ
／ｃｍ3以上１ｇ／ｃｍ3以下である炭素材料を含む。
表面積が１０００ｍ2／ｇ以上であり嵩密度が０．４ｇ
／ｃｍ3以上１ｇ／ｃｍ3以下である炭素材料を含む。
【００１１】つまり、本発明の水素吸蔵体を構成する炭
素材料の比表面積は１０００ｍ2／ｇ以上である。な
お、後に活性炭の結晶モデルで詳しく説明するが、炭素
材料の結晶おけるグラフェンの表裏両面の理論比表面積
は２６３０ｍ2／ｇであることから、炭素材料の理論比
表面積は３０００ｍ2／ｇ以下となる。
素材料の比表面積は１０００ｍ2／ｇ以上である。な
お、後に活性炭の結晶モデルで詳しく説明するが、炭素
材料の結晶おけるグラフェンの表裏両面の理論比表面積
は２６３０ｍ2／ｇであることから、炭素材料の理論比
表面積は３０００ｍ2／ｇ以下となる。
【００１２】本明細書では、比表面積は、ＢＥＴ式吸着
法により測定した値を採用する。具体的には、測定する
炭素材料をサンプル管に入れ、Ｎ2とＨｅとの混合ガス
を流してＮ2を吸着させる。そして、炭素材料のＮ2吸着
量を熱伝導度セルにより検出し、ＢＥＴ理論で仮定する
ような吸着等温線から炭素材料の比表面積を算出する方
法である。なお、ＢＥＴ式吸着法で求めた比表面積は、
理論比表面積に比べ若干高めの値となることが一般に知
られている。
法により測定した値を採用する。具体的には、測定する
炭素材料をサンプル管に入れ、Ｎ2とＨｅとの混合ガス
を流してＮ2を吸着させる。そして、炭素材料のＮ2吸着
量を熱伝導度セルにより検出し、ＢＥＴ理論で仮定する
ような吸着等温線から炭素材料の比表面積を算出する方
法である。なお、ＢＥＴ式吸着法で求めた比表面積は、
理論比表面積に比べ若干高めの値となることが一般に知
られている。
【００１３】また、本発明の水素吸蔵体を構成する炭素
材料の嵩密度は０．４ｇ／ｃｍ3以上１ｇ／ｃｍ3以下で
ある。特に、より単位体積当たりの水素吸蔵量を増加さ
せるためには、嵩密度は０．５ｇ／ｃｍ3以上であるこ
とがより望ましい。また、グラフェンの層間距離が短く
なると水素分子が浸入しにくくなるという理由から、嵩
密度は０．７ｇ／ｃｍ3以下であることがより望まし
い。なお、本明細書では、嵩密度として、水素吸蔵体を
０．１ＭＰａの圧力で所定の直径の円柱状に成形し、成
形された円柱状の水素吸蔵体の高さを測定して体積を求
め、用いた水素吸蔵体の重量をその体積で除することに
より算出した値を採用する。なお、水素吸蔵体が塊状の
場合には、一旦粉砕してから上記円柱状に成形して嵩密
度を求めればよい。
材料の嵩密度は０．４ｇ／ｃｍ3以上１ｇ／ｃｍ3以下で
ある。特に、より単位体積当たりの水素吸蔵量を増加さ
せるためには、嵩密度は０．５ｇ／ｃｍ3以上であるこ
とがより望ましい。また、グラフェンの層間距離が短く
なると水素分子が浸入しにくくなるという理由から、嵩
密度は０．７ｇ／ｃｍ3以下であることがより望まし
い。なお、本明細書では、嵩密度として、水素吸蔵体を
０．１ＭＰａの圧力で所定の直径の円柱状に成形し、成
形された円柱状の水素吸蔵体の高さを測定して体積を求
め、用いた水素吸蔵体の重量をその体積で除することに
より算出した値を採用する。なお、水素吸蔵体が塊状の
場合には、一旦粉砕してから上記円柱状に成形して嵩密
度を求めればよい。
【００１４】本発明の水素吸蔵体の製造方法は、特に限
定されるものではない。例えば、比表面積が１０００ｍ
2／ｇ以上である多孔質炭素原料を高圧圧縮処理するこ
とによって得られた炭素材料から構成することができ
る。
定されるものではない。例えば、比表面積が１０００ｍ
2／ｇ以上である多孔質炭素原料を高圧圧縮処理するこ
とによって得られた炭素材料から構成することができ
る。
【００１５】多孔質炭素原料は、比表面積が１０００ｍ
2／ｇ以上であれば、特に限定されるものではない。例
えば、活性炭、カーボンナノチューブ、グラファイトナ
ノファイバー等を用いることができる。特に、比表面積
が大きいという理由から、多孔質炭素原料には活性炭を
用いることが望ましい。
2／ｇ以上であれば、特に限定されるものではない。例
えば、活性炭、カーボンナノチューブ、グラファイトナ
ノファイバー等を用いることができる。特に、比表面積
が大きいという理由から、多孔質炭素原料には活性炭を
用いることが望ましい。
【００１６】ここで、活性炭の結晶モデルを図１（ａ）
および（ｂ）に示す。図１（ａ）は、通常の活性炭の結
晶モデルを示し、図１（ｂ）は、比表面積が１０００ｍ
2／ｇ以上の活性炭の結晶モデルを示す。図１（ａ）に
示すように、通常、活性炭は、炭素原子が平面的に連な
った層、いわゆるグラフェンが多数積層した結晶子がラ
ンダムに集合して構成される。一方、比表面積が１００
０ｍ2／ｇ以上の活性炭の場合は、図１（ｂ）に示すよ
うに、上記グラフェンが１枚単独で、あるいは極めて少
ない数で積層して、それぞればらばらに存在する。この
ような比表面積の大きい活性炭を高圧圧縮処理すると、
各グラフェン間に存在する隙間が圧縮されて縮まり、そ
の結果、高密度化を図ることができると考えられる。
および（ｂ）に示す。図１（ａ）は、通常の活性炭の結
晶モデルを示し、図１（ｂ）は、比表面積が１０００ｍ
2／ｇ以上の活性炭の結晶モデルを示す。図１（ａ）に
示すように、通常、活性炭は、炭素原子が平面的に連な
った層、いわゆるグラフェンが多数積層した結晶子がラ
ンダムに集合して構成される。一方、比表面積が１００
０ｍ2／ｇ以上の活性炭の場合は、図１（ｂ）に示すよ
うに、上記グラフェンが１枚単独で、あるいは極めて少
ない数で積層して、それぞればらばらに存在する。この
ような比表面積の大きい活性炭を高圧圧縮処理すると、
各グラフェン間に存在する隙間が圧縮されて縮まり、そ
の結果、高密度化を図ることができると考えられる。
【００１７】また、高圧圧縮処理は、その条件、方法等
が特に限定されるものではない。例えば、上記多孔質炭
素原料を所定の圧力、温度下で圧縮して行うことができ
る。その場合、処理圧力を１００ＭＰａ以上２０００Ｍ
Ｐａとすることが望ましい。１００ＭＰａ未満である
と、圧縮する力が小さく、目的とする嵩密度のものが得
られにくいからである。また、２０００ＭＰａを超える
と、処理に用いる装置の耐久性が問題となる等、実用的
ではないからである。特に、多孔質炭素原料に活性炭を
用いた場合には、圧縮効果を充分発現させるという理由
から、３００ＭＰａ以上で高圧圧縮処理を行うことが望
ましい。また、成形金型の耐久性を考慮すると１３００
ＭＰａ以下の圧力で高圧圧縮処理を行うことが望まし
い。
が特に限定されるものではない。例えば、上記多孔質炭
素原料を所定の圧力、温度下で圧縮して行うことができ
る。その場合、処理圧力を１００ＭＰａ以上２０００Ｍ
Ｐａとすることが望ましい。１００ＭＰａ未満である
と、圧縮する力が小さく、目的とする嵩密度のものが得
られにくいからである。また、２０００ＭＰａを超える
と、処理に用いる装置の耐久性が問題となる等、実用的
ではないからである。特に、多孔質炭素原料に活性炭を
用いた場合には、圧縮効果を充分発現させるという理由
から、３００ＭＰａ以上で高圧圧縮処理を行うことが望
ましい。また、成形金型の耐久性を考慮すると１３００
ＭＰａ以下の圧力で高圧圧縮処理を行うことが望まし
い。
【００１８】高圧圧縮処理は、室温で行ってもよく、ま
た、２００℃程度までの高温下で行ってもよい。また、
処理時間は、上記処理圧力に達してからその圧力を保持
する時間として数秒〜１０分程度とすればよい。処理回
数は、上記多孔質炭素原料、処理条件等によるが、１回
〜５０回程度行えばよい。高圧圧縮処理は、例えば、油
圧プレス等の圧縮成形機を用いて行えばよい。多孔質炭
素原料は、１回の高圧圧縮処理により所定の形状に成形
される。２回以上処理を行う場合には、成形された多孔
質炭素原料をそのままの状態で用いてもよく、また、１
回の処理ごとに粉砕して次の処理に供してもよい。その
際の粉砕は、例えば、ジェットミル、ハンマーミル等を
用いて行えばよい。
た、２００℃程度までの高温下で行ってもよい。また、
処理時間は、上記処理圧力に達してからその圧力を保持
する時間として数秒〜１０分程度とすればよい。処理回
数は、上記多孔質炭素原料、処理条件等によるが、１回
〜５０回程度行えばよい。高圧圧縮処理は、例えば、油
圧プレス等の圧縮成形機を用いて行えばよい。多孔質炭
素原料は、１回の高圧圧縮処理により所定の形状に成形
される。２回以上処理を行う場合には、成形された多孔
質炭素原料をそのままの状態で用いてもよく、また、１
回の処理ごとに粉砕して次の処理に供してもよい。その
際の粉砕は、例えば、ジェットミル、ハンマーミル等を
用いて行えばよい。
【００１９】本発明の水素吸蔵体は、上記炭素材料の
他、さらに結着剤を含有し、炭素材料が結着剤で結着さ
れてなる態様を採用することができる。水素吸蔵体を所
定の形状に成形する場合には、結着剤をさらに含有する
ことで、成形が容易となる等の利点を有する。結着剤
は、その種類が特に限定されるものではない。例えば、
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化
ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレン−プロピレン−ジエ
ン共重合体、スチレンブタジエンゴム、カルボキシセル
ロース等を用いることができる。
他、さらに結着剤を含有し、炭素材料が結着剤で結着さ
れてなる態様を採用することができる。水素吸蔵体を所
定の形状に成形する場合には、結着剤をさらに含有する
ことで、成形が容易となる等の利点を有する。結着剤
は、その種類が特に限定されるものではない。例えば、
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化
ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレン−プロピレン−ジエ
ン共重合体、スチレンブタジエンゴム、カルボキシセル
ロース等を用いることができる。
【００２０】本発明の水素吸蔵体は、水素吸蔵合金等と
同様、水素を吸蔵させる前に活性化処理として熱処理を
施してから使用することが望ましい。したがって、熱処
理を行うことを考慮すると、結着剤を含有する場合に
は、その結着剤がある程度の耐熱性を有することが必要
となる。このような観点から、上記例示したもののなか
でも耐熱性が高く、一旦粉砕した後でもそのまま再び成
形することができる等の利点を有するポリテトラフルオ
ロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いることが望ましい。
同様、水素を吸蔵させる前に活性化処理として熱処理を
施してから使用することが望ましい。したがって、熱処
理を行うことを考慮すると、結着剤を含有する場合に
は、その結着剤がある程度の耐熱性を有することが必要
となる。このような観点から、上記例示したもののなか
でも耐熱性が高く、一旦粉砕した後でもそのまま再び成
形することができる等の利点を有するポリテトラフルオ
ロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いることが望ましい。
【００２１】また、結着剤の含有割合は、炭素材料と結
着剤との重量の合計を１００重量％とした場合の１０重
量％以下であることが望ましい。結着剤は水素吸蔵放出
能を有しないため、結着剤の含有割合が１０重量％を超
えると、水素吸蔵体の水素吸蔵量が減少するからであ
る。
着剤との重量の合計を１００重量％とした場合の１０重
量％以下であることが望ましい。結着剤は水素吸蔵放出
能を有しないため、結着剤の含有割合が１０重量％を超
えると、水素吸蔵体の水素吸蔵量が減少するからであ
る。
【００２２】上記態様の本発明の水素吸蔵体も、その製
造方法が特に限定されるものではない。例えば、上記炭
素材料に結着剤を混合し、所定の形状に成形して水素吸
蔵体とすればよい。また、例えば、比表面積が１０００
ｍ2／ｇ以上である上記多孔質炭素原料と結着剤とを混
合して混合原料を調製し、その混合原料を高圧圧縮処理
することにより得ることができる。この場合の高圧圧縮
処理は、処理条件、処理方法等を上記炭素材料の製造方
法に準じて行えばよい。
造方法が特に限定されるものではない。例えば、上記炭
素材料に結着剤を混合し、所定の形状に成形して水素吸
蔵体とすればよい。また、例えば、比表面積が１０００
ｍ2／ｇ以上である上記多孔質炭素原料と結着剤とを混
合して混合原料を調製し、その混合原料を高圧圧縮処理
することにより得ることができる。この場合の高圧圧縮
処理は、処理条件、処理方法等を上記炭素材料の製造方
法に準じて行えばよい。
【００２３】〈水素吸蔵装置〉本発明の水素吸蔵装置
は、容器と、該容器に収容された水素吸蔵体とを含む水
素吸蔵装置であって、水素吸蔵体は、比表面積が１００
０ｍ2／ｇ以上であり嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上１ｇ
／ｃｍ3以下である炭素材料を含むものである。
は、容器と、該容器に収容された水素吸蔵体とを含む水
素吸蔵装置であって、水素吸蔵体は、比表面積が１００
０ｍ2／ｇ以上であり嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上１ｇ
／ｃｍ3以下である炭素材料を含むものである。
【００２４】容器は、低温もしくは高圧等の条件で使用
できるものであれば、特に限定されるものではない。通
常用いられる耐圧容器、ボンベ等種々の容器を使用すれ
ばよい。そして、容器に上記炭素材料等を含む水素吸蔵
体を充填し、圧力や温度を所定の条件に調整することに
より水素を吸蔵・放出させる。
できるものであれば、特に限定されるものではない。通
常用いられる耐圧容器、ボンベ等種々の容器を使用すれ
ばよい。そして、容器に上記炭素材料等を含む水素吸蔵
体を充填し、圧力や温度を所定の条件に調整することに
より水素を吸蔵・放出させる。
【００２５】〈他の実施形態の許容〉なお、これまでに
説明した本発明の水素吸蔵体および水素吸蔵装置の実施
形態は例示にすぎず、本発明の水素吸蔵体および水素吸
蔵装置は、上記実施形態を始めとして、当業者の知識に
基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施すること
ができる。
説明した本発明の水素吸蔵体および水素吸蔵装置の実施
形態は例示にすぎず、本発明の水素吸蔵体および水素吸
蔵装置は、上記実施形態を始めとして、当業者の知識に
基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施すること
ができる。
【００２６】
【実施例】上記実施の形態に基づいて、本発明の水素吸
蔵体を種々作製し、その水素吸蔵量を測定した。以下、
水素吸蔵体の製造および水素吸蔵量の測定結果について
説明する。
蔵体を種々作製し、その水素吸蔵量を測定した。以下、
水素吸蔵体の製造および水素吸蔵量の測定結果について
説明する。
【００２７】〈水素吸蔵体の製造〉種々の比表面積の多
孔質炭素原料と結着剤とを混合して混合原料とした後、
混合原料を種々の圧力で高圧圧縮処理して水素吸蔵体を
製造した。なお、一部のものは、多孔質炭素原料のみを
高圧圧縮処理して水素吸蔵体を製造した。
孔質炭素原料と結着剤とを混合して混合原料とした後、
混合原料を種々の圧力で高圧圧縮処理して水素吸蔵体を
製造した。なお、一部のものは、多孔質炭素原料のみを
高圧圧縮処理して水素吸蔵体を製造した。
【００２８】多孔質炭素原料として種々の活性炭を用
い、結着剤としてＰＴＦＥを用いた。まず、０．２９４
ｇの活性炭と０．００６ｇのＰＴＦＥとを混合し混合原
料を調製した。また、同様に、０．２７ｇの活性炭と
０．０３ｇのＰＴＦＥとを混合し混合原料を調製した。
次いで、これら混合原料を圧縮成形機により高圧圧縮処
理し、直径約１６ｍｍの円柱状に成形された水素吸蔵体
を得た。高圧圧縮処理は室温下で行い、処理圧力を３２
１〜１２４０ＭＰａの範囲で、また、処理回数を１〜２
０回の範囲で種々変更して行った。なお、２回以上処理
する場合には、１回の処理が終った後で成形された原料
を一旦粉砕した後、次の処理を行った。原料の活成炭お
よび得られた水素吸蔵体の比表面積および嵩密度を上述
した方法により測定した。なお、結着剤を含有する水素
吸蔵体は、結着剤の含有割合が最大でも約１０ｗｔ％と
小さい。このため、結着剤の嵩密度等への影響は少ない
と考えられる。したがって、本実施例では、結着剤を含
めた状態で水素吸蔵体の嵩密度を測定し、その値を水素
吸蔵体の嵩密度として採用した。表１に、活性炭の比表
面積および嵩密度、高圧圧縮処理条件、得られた水素吸
蔵体の比表面積および嵩密度等をまとめて示す。
い、結着剤としてＰＴＦＥを用いた。まず、０．２９４
ｇの活性炭と０．００６ｇのＰＴＦＥとを混合し混合原
料を調製した。また、同様に、０．２７ｇの活性炭と
０．０３ｇのＰＴＦＥとを混合し混合原料を調製した。
次いで、これら混合原料を圧縮成形機により高圧圧縮処
理し、直径約１６ｍｍの円柱状に成形された水素吸蔵体
を得た。高圧圧縮処理は室温下で行い、処理圧力を３２
１〜１２４０ＭＰａの範囲で、また、処理回数を１〜２
０回の範囲で種々変更して行った。なお、２回以上処理
する場合には、１回の処理が終った後で成形された原料
を一旦粉砕した後、次の処理を行った。原料の活成炭お
よび得られた水素吸蔵体の比表面積および嵩密度を上述
した方法により測定した。なお、結着剤を含有する水素
吸蔵体は、結着剤の含有割合が最大でも約１０ｗｔ％と
小さい。このため、結着剤の嵩密度等への影響は少ない
と考えられる。したがって、本実施例では、結着剤を含
めた状態で水素吸蔵体の嵩密度を測定し、その値を水素
吸蔵体の嵩密度として採用した。表１に、活性炭の比表
面積および嵩密度、高圧圧縮処理条件、得られた水素吸
蔵体の比表面積および嵩密度等をまとめて示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】表１より、多孔質炭素原料として用いた活
性炭は、嵩密度が０．１９９〜０．３７７ｇ／ｃｍ3で
あるのに対し、高圧圧縮処理を行った本発明の水素吸蔵
体は、すべて嵩密度がそれぞれの原料である活性炭より
も大きくなり、０．４２７〜０．９６０ｇ／ｃｍ3とな
った。また、高圧圧縮処理における処理圧力が同じであ
れば、処理回数が多い程嵩密度は大きくなることがわか
る。なお、比表面積はやや小さくなる傾向が見られた。
性炭は、嵩密度が０．１９９〜０．３７７ｇ／ｃｍ3で
あるのに対し、高圧圧縮処理を行った本発明の水素吸蔵
体は、すべて嵩密度がそれぞれの原料である活性炭より
も大きくなり、０．４２７〜０．９６０ｇ／ｃｍ3とな
った。また、高圧圧縮処理における処理圧力が同じであ
れば、処理回数が多い程嵩密度は大きくなることがわか
る。なお、比表面積はやや小さくなる傾向が見られた。
【００３１】次に、製造した水素吸蔵体の水素吸蔵量を
所定の温度、圧力下で測定した。なお、高圧圧縮処理を
する前の多孔質炭素原料についても、同様に水素吸蔵量
を測定した。水素吸蔵量は、圧力−組成等温線（ＰＣＴ
線）に基づいて容量法により求めた（ＪＩＳ Ｈ ７２０
１−１９９１）。水素吸蔵量の測定結果として、表２
に、液体窒素温度にて水素を吸蔵させた結果を、また、
表３に、室温にて水素を吸蔵させた結果を示す。参考例
として、比表面積が１０００ｍ2／ｇ未満の活性炭の水
素吸蔵量、およびコークスを複合化した酸化アルミニウ
ム多孔質体の水素吸蔵量を測定した結果をも各表に併せ
て示す。なお、表２、表３では、水素吸蔵量を、各水素
吸蔵体、各多孔質炭素原料、比表面積が１０００ｍ2／
ｇ未満の活性炭、コークスを複合化した酸化アルミニウ
ム多孔質体のそれぞれ１００Ｌ当たりに吸蔵された水素
の重量として示している。
所定の温度、圧力下で測定した。なお、高圧圧縮処理を
する前の多孔質炭素原料についても、同様に水素吸蔵量
を測定した。水素吸蔵量は、圧力−組成等温線（ＰＣＴ
線）に基づいて容量法により求めた（ＪＩＳ Ｈ ７２０
１−１９９１）。水素吸蔵量の測定結果として、表２
に、液体窒素温度にて水素を吸蔵させた結果を、また、
表３に、室温にて水素を吸蔵させた結果を示す。参考例
として、比表面積が１０００ｍ2／ｇ未満の活性炭の水
素吸蔵量、およびコークスを複合化した酸化アルミニウ
ム多孔質体の水素吸蔵量を測定した結果をも各表に併せ
て示す。なお、表２、表３では、水素吸蔵量を、各水素
吸蔵体、各多孔質炭素原料、比表面積が１０００ｍ2／
ｇ未満の活性炭、コークスを複合化した酸化アルミニウ
ム多孔質体のそれぞれ１００Ｌ当たりに吸蔵された水素
の重量として示している。
【００３２】
【表２】
【００３３】
【表３】
【００３４】表２より、高圧圧縮処理を行っていない活
性炭やコークスを複合化した酸化アルミニウム多孔質体
は、液体窒素温度における水素吸蔵量が０．８７〜１．
４６ｋｇ／１００Ｌであった。これに対し、本発明の水
素吸蔵体の水素吸蔵量は、１．９０〜２．４０ｋｇ／１
００Ｌと大きくなった。また、＃１３の水素吸蔵体は結
着剤を含有しないが、他の水素吸蔵体と比較して水素吸
蔵量に差がないことがわかる。同様に、表３より、高圧
圧縮処理を行っていない活性炭やコークスを複合化した
酸化アルミニウム多孔質体は、室温における水素吸蔵量
が０．１８８〜０．３９２ｋｇ／１００Ｌであるのに対
し、本発明の水素吸蔵体の水素吸蔵量は、０．４５４〜
０．８３４ｋｇ／１００Ｌと大きくなった。したがっ
て、高圧圧縮処理を行った本発明の水素吸蔵体は、嵩密
度が大きく、水素を吸蔵させる温度や圧力条件によって
差はあるが、体積当たりの水素吸蔵量が大きいことが確
認できた。
性炭やコークスを複合化した酸化アルミニウム多孔質体
は、液体窒素温度における水素吸蔵量が０．８７〜１．
４６ｋｇ／１００Ｌであった。これに対し、本発明の水
素吸蔵体の水素吸蔵量は、１．９０〜２．４０ｋｇ／１
００Ｌと大きくなった。また、＃１３の水素吸蔵体は結
着剤を含有しないが、他の水素吸蔵体と比較して水素吸
蔵量に差がないことがわかる。同様に、表３より、高圧
圧縮処理を行っていない活性炭やコークスを複合化した
酸化アルミニウム多孔質体は、室温における水素吸蔵量
が０．１８８〜０．３９２ｋｇ／１００Ｌであるのに対
し、本発明の水素吸蔵体の水素吸蔵量は、０．４５４〜
０．８３４ｋｇ／１００Ｌと大きくなった。したがっ
て、高圧圧縮処理を行った本発明の水素吸蔵体は、嵩密
度が大きく、水素を吸蔵させる温度や圧力条件によって
差はあるが、体積当たりの水素吸蔵量が大きいことが確
認できた。
【００３５】また、上記＃１４の水素吸蔵体を高圧ボン
ベに充填し、さらに水素を充填して高圧ボンベを１０Ｍ
Ｐａ、２５ＭＰａ、３５ＭＰａの各所定圧力にした。そ
して、水素放出量をＭｉｃｒｏ Ｍｏｔｉｏｎ流量計で
測定することにより、各圧力下における水素貯蔵量を求
めた。同様に、＃１４の水素吸蔵体の原料である活性炭
（Ｍ−３０）を高圧ボンベに充填し、上記各圧力下にお
ける水素貯蔵量を求めた。さらに、水素を高圧ボンベに
充填し、上記各圧力下における水素貯蔵量を求めた。表
４に、各圧力下における水素貯蔵量を示す。なお、表４
では、水素吸蔵量を各水素ボンベの容積１００Ｌ当たり
に吸蔵された水素の重量として示している。
ベに充填し、さらに水素を充填して高圧ボンベを１０Ｍ
Ｐａ、２５ＭＰａ、３５ＭＰａの各所定圧力にした。そ
して、水素放出量をＭｉｃｒｏ Ｍｏｔｉｏｎ流量計で
測定することにより、各圧力下における水素貯蔵量を求
めた。同様に、＃１４の水素吸蔵体の原料である活性炭
（Ｍ−３０）を高圧ボンベに充填し、上記各圧力下にお
ける水素貯蔵量を求めた。さらに、水素を高圧ボンベに
充填し、上記各圧力下における水素貯蔵量を求めた。表
４に、各圧力下における水素貯蔵量を示す。なお、表４
では、水素吸蔵量を各水素ボンベの容積１００Ｌ当たり
に吸蔵された水素の重量として示している。
【００３６】
【表４】
【００３７】表４より、どのボンベも圧力が大きいほ
ど、水素貯蔵量は大きくなっている。また、＃１４の水
素吸蔵体を充填したボンベは、圧力によらず、原料の活
性炭を充填したボンベおよび水素を充填したボンベより
水素貯蔵量が大きいことがわかる。つまり、＃１４の水
素吸蔵体を充填したボンベの水素貯蔵量は、原料の活性
炭を充填したボンベの水素貯蔵量より１５〜２４％、水
素を充填したボンベの水素貯蔵量より２４〜４７％増加
した。したがって、本発明の水素吸蔵体を含む水素吸蔵
装置は、単位体積当たりの水素吸蔵量が大きい水素吸蔵
装置となることが確認できた。
ど、水素貯蔵量は大きくなっている。また、＃１４の水
素吸蔵体を充填したボンベは、圧力によらず、原料の活
性炭を充填したボンベおよび水素を充填したボンベより
水素貯蔵量が大きいことがわかる。つまり、＃１４の水
素吸蔵体を充填したボンベの水素貯蔵量は、原料の活性
炭を充填したボンベの水素貯蔵量より１５〜２４％、水
素を充填したボンベの水素貯蔵量より２４〜４７％増加
した。したがって、本発明の水素吸蔵体を含む水素吸蔵
装置は、単位体積当たりの水素吸蔵量が大きい水素吸蔵
装置となることが確認できた。
【００３８】
【発明の効果】本発明の水素吸蔵体は、比表面積が１０
００ｍ2／ｇ以上であり嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上１
ｇ／ｃｍ3以下である炭素材料を含むものである。本発
明の水素吸蔵体は、資源として豊富で軽量であり、かつ
嵩密度が大きい炭素材料を含むため、単位体積当たりの
水素吸蔵量の大きな水素貯蔵材料となる。
００ｍ2／ｇ以上であり嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上１
ｇ／ｃｍ3以下である炭素材料を含むものである。本発
明の水素吸蔵体は、資源として豊富で軽量であり、かつ
嵩密度が大きい炭素材料を含むため、単位体積当たりの
水素吸蔵量の大きな水素貯蔵材料となる。
【図１】 活性炭の結晶モデルであって、図１（ａ）
は、通常の活性炭の結晶モデルを示し、図１（ｂ）は、
比表面積が１０００ｍ2／ｇ以上の活性炭の結晶モデル
を示す。
は、通常の活性炭の結晶モデルを示し、図１（ｂ）は、
比表面積が１０００ｍ2／ｇ以上の活性炭の結晶モデル
を示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｒ ５Ｈ０５０
Ｆターム(参考） 3E072 AA10 EA01
4G040 AA34 AA36 AA42
4G046 HB05 HC01 HC08
4G066 AA05B AC15D BA26 CA38
DA01 FA28 FA37
5H027 AA02 BA13
5H050 CB09 CB16 DA11 EA24 HA07
HA08 HA15
Claims (8)
- 【請求項１】 比表面積が１０００ｍ2／ｇ以上であり
嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上１ｇ／ｃｍ3以下である炭
素材料を含む水素吸蔵体。 - 【請求項２】 前記炭素材料は、比表面積が１０００ｍ
2／ｇ以上である多孔質炭素原料を高圧圧縮処理するこ
とにより得られたものである請求項１に記載の水素吸蔵
体。 - 【請求項３】 前記多孔質炭素原料は活性炭である請求
項２に記載の水素吸蔵体。 - 【請求項４】 前記高圧圧縮処理は、前記多孔質炭素原
料を１００ＭＰａ以上２０００ＭＰａの圧力で圧縮して
行う請求項２または請求項３に記載の水素吸蔵体。 - 【請求項５】 さらに結着剤を含有し、前記炭素材料が
該結着剤で結着されてなる請求項１ないし請求項４のい
ずれかに記載の水素吸蔵体。 - 【請求項６】 前記結着剤の含有割合は、１０重量％以
下である請求項５に記載の水素吸蔵体。 - 【請求項７】 前記結着剤はポリテトラフルオロエチレ
ンである請求項５または請求項６に記載の水素吸蔵体。 - 【請求項８】 容器と、該容器に収容された水素吸蔵体
とを含む水素吸蔵装置であって、 前記水素吸蔵体は、比表面積が１０００ｍ2／ｇ以上で
あり嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上１ｇ／ｃｍ3以下であ
る炭素材料を含むことを特徴とする水素吸蔵装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001231909A JP2003038953A (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 水素吸蔵体および水素吸蔵装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001231909A JP2003038953A (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 水素吸蔵体および水素吸蔵装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003038953A true JP2003038953A (ja) | 2003-02-12 |
Family
ID=19063902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001231909A Pending JP2003038953A (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 水素吸蔵体および水素吸蔵装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003038953A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| WO2009157404A1 (ja) | 2008-06-23 | 2009-12-30 | 株式会社トクヤマ | 多孔質炭素材およびその製造方法 |
| JP2011503804A (ja) * | 2007-11-05 | 2011-01-27 | ナノテク インスツルメンツ インク | ナノグラフェンプレートレットを主体とするリチウムイオン電池用複合負極化合物 |
| JP2014507365A (ja) * | 2010-12-29 | 2014-03-27 | ▲海▼洋王照明科技股▲ふん▼有限公司 | 多孔質グラフェン材料、その製造方法、及び電極材料としての応用 |
| WO2016043049A1 (ja) * | 2014-09-16 | 2016-03-24 | クラレケミカル株式会社 | 活性炭を含む吸着剤の製造方法 |
| EP3228589A4 (en) * | 2014-12-05 | 2018-06-13 | Nisshinbo Holdings, Inc. | Carbon material and method relating to same |
| JP2018515631A (ja) * | 2015-03-13 | 2018-06-14 | ユニバーシティ オブ セントラル フロリダ リサーチ ファウンデーション，インコーポレイテッド | ホスト中でのグラフェンナノ粒子の均一な分散 |
| JP2018527172A (ja) * | 2015-08-20 | 2018-09-20 | アーケマ・インコーポレイテッド | 気相貯蔵装置用の高性能収着バインダー |
| KR102666616B1 (ko) * | 2015-08-20 | 2024-05-20 | 알케마 인코포레이티드 | 가스 상 저장 장치를 위한 고성능 수착 결합제 |
-
2001
- 2001-07-31 JP JP2001231909A patent/JP2003038953A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| 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 |
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| US8569206B2 (en) | 2008-06-23 | 2013-10-29 | Tokuyama Corporation | Porous carbon material and a method of production thereof |
| JP2014507365A (ja) * | 2010-12-29 | 2014-03-27 | ▲海▼洋王照明科技股▲ふん▼有限公司 | 多孔質グラフェン材料、その製造方法、及び電極材料としての応用 |
| JPWO2016043049A1 (ja) * | 2014-09-16 | 2017-08-17 | 株式会社クラレ | 活性炭を含む吸着剤の製造方法 |
| WO2016043049A1 (ja) * | 2014-09-16 | 2016-03-24 | クラレケミカル株式会社 | 活性炭を含む吸着剤の製造方法 |
| US10857515B2 (en) | 2014-09-16 | 2020-12-08 | Kuraray Co., Ltd. | Process for producing adsorbent including activated carbon |
| EP3228589A4 (en) * | 2014-12-05 | 2018-06-13 | Nisshinbo Holdings, Inc. | Carbon material and method relating to same |
| US11214485B2 (en) | 2014-12-05 | 2022-01-04 | Nisshinbo Holdings Inc. | Carbon material, and method relating to same |
| JP2018515631A (ja) * | 2015-03-13 | 2018-06-14 | ユニバーシティ オブ セントラル フロリダ リサーチ ファウンデーション，インコーポレイテッド | ホスト中でのグラフェンナノ粒子の均一な分散 |
| JP2018527172A (ja) * | 2015-08-20 | 2018-09-20 | アーケマ・インコーポレイテッド | 気相貯蔵装置用の高性能収着バインダー |
| JP7058593B2 (ja) | 2015-08-20 | 2022-04-22 | アーケマ・インコーポレイテッド | 気相貯蔵装置用の高性能収着バインダー |
| KR102666616B1 (ko) * | 2015-08-20 | 2024-05-20 | 알케마 인코포레이티드 | 가스 상 저장 장치를 위한 고성능 수착 결합제 |
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