JP2003095602A - 炭素材料への水素吸蔵方法 - Google Patents
炭素材料への水素吸蔵方法Info
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- JP2003095602A JP2003095602A JP2001290770A JP2001290770A JP2003095602A JP 2003095602 A JP2003095602 A JP 2003095602A JP 2001290770 A JP2001290770 A JP 2001290770A JP 2001290770 A JP2001290770 A JP 2001290770A JP 2003095602 A JP2003095602 A JP 2003095602A
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
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- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】炭素材料に対して水素を吸蔵させるための簡易
で実用性の高い方法を提供する。 【解決手段】ペレット状グラファイトナノファイバ（Ｇ
ＮＦ）を、約１０００℃のアニール温度で約１時間真空
アニール処理を行った後、純水に浸漬した状態にして、
このＧＮＦを陰極とし、白金電極を陽極として、１００
Ｖ、０．３Ａの通電条件及びおおむね０〜３０℃及び１
気圧の常温常圧条件で８時間にわたりこの純水を電気分
解する。
で実用性の高い方法を提供する。 【解決手段】ペレット状グラファイトナノファイバ（Ｇ
ＮＦ）を、約１０００℃のアニール温度で約１時間真空
アニール処理を行った後、純水に浸漬した状態にして、
このＧＮＦを陰極とし、白金電極を陽極として、１００
Ｖ、０．３Ａの通電条件及びおおむね０〜３０℃及び１
気圧の常温常圧条件で８時間にわたりこの純水を電気分
解する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素材料への水素
吸蔵方法に関する。吸蔵などの方法により水素が容易に
得られれば、このような水素は、化石燃料を用いる場合
に発生が不可避なＣＯ2ガスやＣＯガスのゼロエミッシ
ョンを実現でき、クリーンエネルギーとして有望な燃料
電池に使用することができる。
吸蔵方法に関する。吸蔵などの方法により水素が容易に
得られれば、このような水素は、化石燃料を用いる場合
に発生が不可避なＣＯ2ガスやＣＯガスのゼロエミッシ
ョンを実現でき、クリーンエネルギーとして有望な燃料
電池に使用することができる。
【０００２】
【従来の技術】従来、炭素材料への水素吸蔵方法とし
て、数１０〜数１００気圧の高圧の負荷状態にして炭素
材料に水素を吸蔵させる高圧法や、アルカリ金属を水素
のドープ剤として用いるアルカリ金属ドープ法が知られ
ている。アルカリ金属ドープ法では、水素をドーピング
したリチウム金属によりグラファイト層間を拡大し、こ
の層間に水素を吸蔵させて、グラファイト中に約２０重
量％の水素を吸蔵することが可能である。
て、数１０〜数１００気圧の高圧の負荷状態にして炭素
材料に水素を吸蔵させる高圧法や、アルカリ金属を水素
のドープ剤として用いるアルカリ金属ドープ法が知られ
ている。アルカリ金属ドープ法では、水素をドーピング
したリチウム金属によりグラファイト層間を拡大し、こ
の層間に水素を吸蔵させて、グラファイト中に約２０重
量％の水素を吸蔵することが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の高圧
法は、高温・高圧条件の実現のため大型で複雑な吸蔵装
置が必要となり、特に水素の大量生産の実現可能性とい
う点で実用的ではない。また、アルカリ金属ドープ法
は、これに用いるリチウムなどのアルカリ金属が高イオ
ン化傾向を有するなど反応性が高く、水素の吸蔵過程中
に確実に化学的安定性を保つことが難しい。さらに、こ
のようなドープ剤が必要であるためグラファイト単独に
よる吸蔵方法に比べ工程が複雑になり実用的でない。
法は、高温・高圧条件の実現のため大型で複雑な吸蔵装
置が必要となり、特に水素の大量生産の実現可能性とい
う点で実用的ではない。また、アルカリ金属ドープ法
は、これに用いるリチウムなどのアルカリ金属が高イオ
ン化傾向を有するなど反応性が高く、水素の吸蔵過程中
に確実に化学的安定性を保つことが難しい。さらに、こ
のようなドープ剤が必要であるためグラファイト単独に
よる吸蔵方法に比べ工程が複雑になり実用的でない。
【０００４】上記問題点に鑑み、本発明は、簡易で実用
性の高い方法により、炭素材料に対して水素を吸蔵させ
ることを課題としている。
性の高い方法により、炭素材料に対して水素を吸蔵させ
ることを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、水の電気分解反応を介して炭素材料に水
素を吸蔵させている。そして、このようにして吸蔵され
る水素は、炭素材料の周囲の水を電気分解したときにこ
の水を起源として発生するものである。このようにする
ことにより、炭素材料が水素を吸蔵し易い環境が得ら
れ、炭素材料に容易に水素が吸蔵される。
め、本発明は、水の電気分解反応を介して炭素材料に水
素を吸蔵させている。そして、このようにして吸蔵され
る水素は、炭素材料の周囲の水を電気分解したときにこ
の水を起源として発生するものである。このようにする
ことにより、炭素材料が水素を吸蔵し易い環境が得ら
れ、炭素材料に容易に水素が吸蔵される。
【０００６】この場合、水素を吸蔵させる炭素材料の形
状は、焼結グラファイト棒、焼結グラファイト板、板状
グラファイトナノファイバ、棒状グラファイトナノファ
イバ、板状カーボンナノチューブまたは棒状カーボンナ
ノチューブなどが好ましい。特に、カーボンナノチュー
ブは、炭素６員環を主構造としたらせん構造で形成され
た内部が空洞の円筒形状をもち、極めて微細な、同心円
状に円筒が配置された多重構造の黒鉛繊維から成り、近
年生成機構が解明されつつあり、その生成を特定長さに
制御すれば水素の吸蔵度も制御し得るものである。ま
た、グラファイトナノファイバは、グラフェンシートが
小さな断片に切れて積層した中実であり、例えば、截頭
円錐形状を有する結晶が積層されてなる円柱状構造を有
し、その中心に貫通空隙が存在する構造である。
状は、焼結グラファイト棒、焼結グラファイト板、板状
グラファイトナノファイバ、棒状グラファイトナノファ
イバ、板状カーボンナノチューブまたは棒状カーボンナ
ノチューブなどが好ましい。特に、カーボンナノチュー
ブは、炭素６員環を主構造としたらせん構造で形成され
た内部が空洞の円筒形状をもち、極めて微細な、同心円
状に円筒が配置された多重構造の黒鉛繊維から成り、近
年生成機構が解明されつつあり、その生成を特定長さに
制御すれば水素の吸蔵度も制御し得るものである。ま
た、グラファイトナノファイバは、グラフェンシートが
小さな断片に切れて積層した中実であり、例えば、截頭
円錐形状を有する結晶が積層されてなる円柱状構造を有
し、その中心に貫通空隙が存在する構造である。
【０００７】また、上記のようにして炭素材料に対する
水素吸蔵は水を起源として由来するものであるので炭素
材料に対する水素吸蔵を低コストで実現できるうえ、さ
らに、水の電気分解は特殊な反応条件が不要であり常温
常圧条件下で行うことが可能である。したがって、本発
明方法は高い実用性が期待できる。
水素吸蔵は水を起源として由来するものであるので炭素
材料に対する水素吸蔵を低コストで実現できるうえ、さ
らに、水の電気分解は特殊な反応条件が不要であり常温
常圧条件下で行うことが可能である。したがって、本発
明方法は高い実用性が期待できる。
【０００８】なお、この常温常圧条件とは、おおむね０
〜３０℃及び１気圧のものとする。
〜３０℃及び１気圧のものとする。
【０００９】
【発明の実施の形態】炭素材料を種々の形態で用意し、
純水中に浸漬させた状態の炭素材料を陰極とし、白金金
属などを陽極として、この純水に対して所定時間にわた
り常温常圧条件で電気分解を行う。
純水中に浸漬させた状態の炭素材料を陰極とし、白金金
属などを陽極として、この純水に対して所定時間にわた
り常温常圧条件で電気分解を行う。
【００１０】この場合に用いる炭素材料は、焼結グラフ
ァイト棒、焼結グラファイト板、板状グラファイトナノ
ファイバ、棒状グラファイトナノファイバ、板状カーボ
ンナノチューブまたは棒状カーボンナノチューブなどで
ある。
ァイト棒、焼結グラファイト板、板状グラファイトナノ
ファイバ、棒状グラファイトナノファイバ、板状カーボ
ンナノチューブまたは棒状カーボンナノチューブなどで
ある。
【００１１】電気分解後の炭素材料への水素の吸蔵量
は、昇温脱離法（ＴＤＳ）、熱重量測定法（ＴＧ）、示
差熱分析（ＤＴＡ）、燃焼法などの方法による測定によ
り評価でき、本実施の形態においては、下記［実施例］
に示すように燃焼法を用いて測定した結果、常温常圧条
件下の水に対する電気分解により種々の炭素材料サンプ
ルが一定量以上の水素を吸蔵していることがわかる。
は、昇温脱離法（ＴＤＳ）、熱重量測定法（ＴＧ）、示
差熱分析（ＤＴＡ）、燃焼法などの方法による測定によ
り評価でき、本実施の形態においては、下記［実施例］
に示すように燃焼法を用いて測定した結果、常温常圧条
件下の水に対する電気分解により種々の炭素材料サンプ
ルが一定量以上の水素を吸蔵していることがわかる。
【００１２】
【実施例】［実施例１］グラファイトナノファイバ（以
下、ＧＮＦとも言う。）をプレス加工によりペレット状
に成形したものをサンプルとする。このサンプルを、約
１０００℃のアニール温度で約１時間真空アニール処理
を行った後、純水に浸漬した状態で、陽極に白金電極を
用い、１００Ｖ、０．３Ａの通電条件で８時間にわたり
この純水を電気分解した。その後、このＧＮＦサンプル
の所定量を燃焼法により測定したところ下記［表１］に
示すように、約０．０２重量％の水素が吸蔵されている
ことがわかる。
下、ＧＮＦとも言う。）をプレス加工によりペレット状
に成形したものをサンプルとする。このサンプルを、約
１０００℃のアニール温度で約１時間真空アニール処理
を行った後、純水に浸漬した状態で、陽極に白金電極を
用い、１００Ｖ、０．３Ａの通電条件で８時間にわたり
この純水を電気分解した。その後、このＧＮＦサンプル
の所定量を燃焼法により測定したところ下記［表１］に
示すように、約０．０２重量％の水素が吸蔵されている
ことがわかる。
【００１３】
【表１】
【００１４】［実施例２］焼結グラファイト板を純水に
浸漬した状態で、陽極に白金電極を用い、３０Ｖ、０．
１Ａの通電条件で８時間にわたりこの純水を電気分解し
た。その後、この焼結グラファイト板サンプルの所定量
を燃焼法により測定したところ下記［表２］に示すよう
に、約０．４重量％の水素が吸蔵されていることがわか
る。
浸漬した状態で、陽極に白金電極を用い、３０Ｖ、０．
１Ａの通電条件で８時間にわたりこの純水を電気分解し
た。その後、この焼結グラファイト板サンプルの所定量
を燃焼法により測定したところ下記［表２］に示すよう
に、約０．４重量％の水素が吸蔵されていることがわか
る。
【００１５】
【表２】
【００１６】［実施例１］と［実施例２］とを比較する
と、通電条件の優劣にかかわらず、焼結グラファイト板
の方が水素の吸蔵量が大きいことがわかる。
と、通電条件の優劣にかかわらず、焼結グラファイト板
の方が水素の吸蔵量が大きいことがわかる。
【００１７】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
方法を用いて、常温常圧条件下で純水中に浸漬させた状
態の焼結グラファイト板などの炭素材料を陰極とし、白
金金属などを陽極として、この純水を電気分解すること
により、炭素材料のみを用いて簡便に水素を吸蔵させる
ことができる。大重量の炭素材料を用いれば、この炭素
材料に吸蔵される水素は一定量以上となり水素吸蔵法と
して実用的である。
方法を用いて、常温常圧条件下で純水中に浸漬させた状
態の焼結グラファイト板などの炭素材料を陰極とし、白
金金属などを陽極として、この純水を電気分解すること
により、炭素材料のみを用いて簡便に水素を吸蔵させる
ことができる。大重量の炭素材料を用いれば、この炭素
材料に吸蔵される水素は一定量以上となり水素吸蔵法と
して実用的である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G040 AA12 AA42 AB03 BA03
4G066 AA04B BA01 BA02 BA16
CA38 EA20
4K011 AA09 AA16 DA01
4K021 AA01 BA02 BC04 DA03 DC03
Claims (4)
- 【請求項１】水の電気分解により炭素材料に水素を吸蔵
させることを特徴とする炭素材料への水素吸蔵方法。 - 【請求項２】前記炭素材料に吸蔵される水素は、前記電
気分解された水を起源として発生することを特徴とする
請求項１に記載の炭素材料への水素吸蔵方法。 - 【請求項３】前記炭素材料は、焼結グラファイト棒、焼
結グラファイト板、板状グラファイトナノファイバ、棒
状グラファイトナノファイバ、板状カーボンナノチュー
ブまたは棒状カーボンナノチューブであることを特徴と
する請求項１または２に記載の炭素材料への水素吸蔵方
法。 - 【請求項４】前記水素の吸蔵は、０〜３０℃及び略１気
圧の常温常圧条件下で行われることを特徴とする請求項
１乃至３のいずれか１項に記載の炭素材料への水素吸蔵
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001290770A JP2003095602A (ja) | 2001-09-25 | 2001-09-25 | 炭素材料への水素吸蔵方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001290770A JP2003095602A (ja) | 2001-09-25 | 2001-09-25 | 炭素材料への水素吸蔵方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003095602A true JP2003095602A (ja) | 2003-04-03 |
Family
ID=19113025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001290770A Pending JP2003095602A (ja) | 2001-09-25 | 2001-09-25 | 炭素材料への水素吸蔵方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003095602A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010047837A (ja) * | 2008-08-21 | 2010-03-04 | Boo-Sung Hwang | 炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板及びそれを製造するための製造方法（ａｈｙｄｒｏｇｅｎ−ｏｘｙｇｅｎｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｌａｔｅａｎｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｈｅｓａｍｅ） |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001074723A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Toyota Motor Corp | 固体材料表面の水素分布可視化方法 |
| JP2001145880A (ja) * | 1999-11-19 | 2001-05-29 | Morisawa Nobukatsu | 活性酸素消去剤の濃縮液、その製造方法および活性酸素消去剤パウダー |
| JP2001200383A (ja) * | 2000-01-18 | 2001-07-24 | Toichi Chikuma | 水素吸蔵装置 |
| JP2001220101A (ja) * | 2000-02-09 | 2001-08-14 | Toyota Motor Corp | 水素吸蔵方法及び水素吸蔵装置 |
-
2001
- 2001-09-25 JP JP2001290770A patent/JP2003095602A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001074723A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Toyota Motor Corp | 固体材料表面の水素分布可視化方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2010047837A (ja) * | 2008-08-21 | 2010-03-04 | Boo-Sung Hwang | 炭素ナノチューブを用いた水素酸素発生用電極板及びそれを製造するための製造方法（ａｈｙｄｒｏｇｅｎ−ｏｘｙｇｅｎｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｌａｔｅａｎｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｈｅｓａｍｅ） |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20070518 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20070518 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080626 |
|
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|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110208 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110408 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110426 |