JP2005060185A

JP2005060185A - 水素貯蔵材料

Info

Publication number: JP2005060185A
Application number: JP2003294569A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Fukuda; 健三福田; Hironobu Inagaki; 浩伸稲垣; Takashi Suzuki; 喬鈴木; Choichi Kinomura; 暢一木野村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2003-08-18
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】重量当たりの水素貯蔵割合の大きい水素貯蔵材料を提供する。
【解決手段】無機多孔質体の細孔内に炭素質物質を担持させた構造を有する材料からなることを特徴とする水素貯蔵材料。
【選択図】なし

Description

本発明は新規な水素貯蔵材料に関するものである。

水素貯蔵材料として、合金が広く用いられている。しかし、この合金の場合、重量当りの水素貯蔵割合が低いという問題を含む。
一方、活性炭等の炭素材料も水素を吸着することは知られているが、その水素吸着量は非常に低いものであった。

本発明は、重量当たりの水素貯蔵割合の大きい水素貯蔵材料を提供することをその課題とする。

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、無機多孔質体の細孔内に炭素質物質を担持させた構造を有する材料は、重量当たりの水素貯蔵率が非常に大きいことを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明によれば、以下に示す水素貯蔵材料が提供される。
（１）無機多孔質体の細孔内に炭素質物質を担持させた構造を有する材料からなることを特徴とする水素貯蔵材料。
（２）該細孔の平均細孔径が、２〜３ｎｍである前記（１）に記載の水素貯蔵材料。
（３）該無機多孔質体が、シリカからなる前記（１）又は（２）に記載の水素貯蔵材料。

本発明によれば、水素を高率で貯蔵し得る軽量かつ安価な水素貯蔵材料を提供することができる。

本発明で用いる無機多孔質体としては、従来公知の各種のものを用いることができる。このようなものには、シリカ、シリカライト、シリカアルミナ、アルミナ、マグネシア、ゼオライト、セピオライト等が包含されるが、シリカの使用が好ましい。
無機多孔質体中に含まれる細孔の大きさは、Ｄ．Ｈ法で測定された平均細孔直径で、１〜１０ｎｍ、好ましくは２〜３ｎｍである。

無機多孔質体において、その細孔容積は、通常、０．１〜２．０ｍｌ/ｇ、好ましくは１．０〜２．０ｍｌ／ｇであり、その比表面積は、通常、５０〜１０００ｍ^２／ｇ、好ましくは２００〜１０００ｍ^２／ｇである。

本発明による炭素質物質を担持させた無機多孔質体（水素貯蔵材料）において、その炭素質物質担持量は、全材料に対して、通常、３重量％以上、好ましくは１０重量％以上である。その上限値は、その無機多孔質体の種類にもよるが、通常、２０重量％程度である。
なお、本発明書で言う炭素質物質は、有機化合物を熱分解して得られる炭素質の生成物を意味し、このようなものには、カーボンの他、水素の結合したカーボン、ピッチ状物質、タール状物質等が包含される。

本発明の水素貯蔵材料（以下、単に材料とも言う）において、その見かけ密度は、通常、０．４〜１．０ｇ／ｍｌ、好ましくは０．４〜０．７ｇ／ｍｌである。その形状は、粉末状、顆粒状（ペレット状）、板状等の各種の形状であることができるが、好ましくは粉末状である。粉末状の水素貯蔵材料の場合、その平均粒径は、通常、０．５〜１０μｍ、好ましくは０．５〜１．０μｍである。

本発明の材料は各種の方法で製造することができる。このような方法には、無機多孔質体の製造に際し、その製造を有機化合物の存在下で行うことによって、有機化合物を複合化した無機多孔質体を製造し、これを加熱して該有機化合物を炭化する方法（Ａ法）や、あらかじめ形成した無機多孔質体に有機化合物を担持させた後、該有機化合物を炭化する方法（Ｂ法）等が包含される。

前記有機化合物において、その分子量は特に制約されない。該有機化合物には、低分子化合物、ポリマー及び高分子化合物が包含される。ポリマーの場合、その数平均重合度は、通常、１０〜１０００、好ましくは５０〜５００である。

本発明の材料を前記Ａ法で製造する場合、その製造は、通常、水媒体中で行われることから、反応系に存在させる有機化合物としては、水溶性のものが用いられる。水溶性有機化合物には、水酸基や、イオン性基（カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸、エーテル基、アンモニウム基等）を含有するものが包含される。本発明では各種の界面活性剤、好ましくは陽イオン系界面活性剤を好ましく用いることができる。

本発明の材料を前記Ｂ法で製造する場合、有機化合物の種類は特に制約されず、水や有機溶媒に溶解し得る有機化合物であればよい。本発明の材料をＢ法で製造する場合、有機化合物を含有する水溶液又は有機溶媒溶液を無機多孔質体に含浸させた後、乾燥し、次いでそれに含まれる有機化合物を炭化すればよい。また、無機多孔質体の細孔内においてビニルモノマーの重合を行い、得られたポリマーを炭化することによっても、本発明の材料を得ることができる。

有機化合物を複合した無機多孔質体に含まれる該有機化合物を炭化する方法としては、加熱炉、加熱ガス、マイクロ波加熱装置等を用いる方法が挙げられる。この場合、該有機化合物の炭化雰囲気としては、非酸化雰囲気、通常、酸素濃度が１ｖｏｌ％以下、好ましくは０．１ｖｏｌ％以下の雰囲気が採用される。炭化温度は、３５０〜７００℃、好ましくは４００〜６５０℃である。

本発明の材料を用いて水素を貯蔵するには、水素分圧５ＭＰａ以上、好ましくは１０ＭＰａ以上の圧力下、温度０〜５０℃、好ましくは０〜２５℃で、材料を水素と接触させればよい。

一方、水素を貯蔵（吸着）した材料から水素を放出（脱着）させるには、該材料を収納させた密閉容器を圧力バルブを介して開放すればよい。

次に本発明を実施例によりさらに詳述する。

実施例１
（水素貯蔵材料の製造）
界面活性剤としてのセチルトリメチルアンモニウムブロミド（ＣＴＡＢ）３ｍｌを蒸留水５０ｍｌに溶解し、この溶液にｐＨ調整剤としてエチルアミン３８．５ｍｍｏｌを加えて攪拌し、これにテトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）２２ｍｍｏｌを加え、得られた溶液をオートクレープ中に封じ、１１０℃で４８時間水熱処理を行った。このようにして、ヘキサゴナル型のメソ構造を有するシリカ／界面活性剤複合体を得た。

次に、この複合体を窒素気流中で、４００℃で１時間加熱して該界面活性剤を炭化して、水素貯蔵材料を得た。
この水素貯蔵材料において、その平均粒径は１．０μｍであり、そのＢ．Ｅ．Ｔ．比表面積は９０４ｍ^２／ｇであり、炭素質物質担持量は３重量％であった。

また、該複合体を空気中で６００℃で加熱して得られる炭素質物質含有量がゼロ％のメソポーラスシリカの性状を以下に示す。
粒子定数（ｎｍ）：４．３５
細孔径（ｎｍ）：２．５２
壁厚（ｎｍ）：１．８３
比表面積（ｍ^２／ｇ）：９０４
ＴＧ減少率（質量％）：４．９

実施例２
（水素貯蔵材料の製造）
実施例１で示した複合体を窒素気流中で各種温度で加熱し、水素貯蔵材料を製造した。得られた材料の性状を、複合体の性状とともに表１に示す。

実施例３
（水素の貯蔵）
実施例２で得た水素貯蔵材料の中で４００℃で加熱処理して得た水素貯蔵材料を、密閉容器に入れ、水素分圧：０．０４〜０．０８ＭＰａの条件下、室温で接触させて水素を該材料に貯蔵させた。その結果、その水素貯蔵率は、水素分圧：０．０４ＭＰａでは、０．４６ｍｌ／ｇ、０．０６ＭＰａでは０．６９ｍｌ／ｇ及び０．０８ＭＰａでは０．９２ｍｌ／ｇであった。

実施例４
実施例１で得た炭素質物質含有量がゼロ％のメソポーラスシリカ内において、フルフリルアルコールを重合させて形成したポリマー複合化シリカを、窒素気流中で４００℃に加熱して、炭素質物質含有量が３．５８％の水素貯蔵材料を得た。
この材料を用いて実施例３と同様にして水素の貯蔵実験を行った。その結果を表２に示す。

実施例５
（貯蔵水素の放出）
実施例４において水素分圧１０ＭＰａの条件で水素を貯蔵させた材料を、室温において、水素分圧：０ＭＰａの条件に放置したところ、貯蔵水素の９４％が放出された。

Claims

無機多孔質体の細孔内に炭素質物質を担持させた構造を有する材料からなることを特徴とする水素貯蔵材料。
該細孔の平均細孔径が、２〜３ｎｍである請求項１に記載の水素貯蔵材料。
該無機多孔質体が、シリカからなる請求項１又は２に記載の水素貯蔵材料。