JP2006306700A5 - 水素発生材料、水素製造用カートリッジ、水素製造装置、水素の製造方法および燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温で簡便に水素を発生することのできる水素発生材料、該水素発生材料を用いた水素製造用カートリッジ、水素製造装置、水素の製造方法および燃料電池システムを提供することにある。

上記目的を達成し得た本発明の水素発生材料は、アルミニウム、マグネシウムおよびそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも１種の金属材料を含有し、水との反応により水素を発生する水素発生材料であって、上記金属材料は、アトマイズ法により作製された粒子であり、かつ６０μｍ以下の粒径の粒子を８０質量％以上含有していることを特徴とするものである。
また、本発明の水素発生材料は、別の態様として、アルミニウム、マグネシウムおよびそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも１種の金属材料を含有し、水との反応により水素を発生する水素発生材料であって、常温で水と反応して発熱する発熱材料（ただし、マグネシアを除く）を更に含有し、上記金属材料が、６０μｍ以下の粒径の粒子を８０質量％以上含有していることを特徴とするものである。

更に、本発明の水素製造用カートリッジは、水素の排出口を備えた反応容器内に、本発明の水素発生材料を収容してなることを特徴とするものである。
また、本発明の水素製造装置は、少なくとも、本発明の水素発生材料を収容し、かつ水素の排出口を備えている反応容器と、上記反応容器内の上記水素発生材料に水を供給する手段とを有することを特徴とするものである。
更に、本発明の水素の製造方法は、本発明の水素発生材料に水を供給し、上記水素発生材料に含まれる金属材料と水との反応により水素を発生させることを特徴とする。

また、本発明の燃料電池システムは、酸素を還元する正極と、水素を酸化する負極と、上記正極と上記負極との間に配置された固体電解質とからなる固体高分子型燃料電池と、本発明の水素発生材料を収容し、かつ水素の排出口を有する反応容器と、上記反応容器内の上記水素発生材料に水を供給する手段とを備え、上記水素発生材料に含まれる金属材料と水との反応により発生する水素を燃料源とすることを特徴とするものである。

上記発熱材料としては、水との反応により水酸化物となったり、水和することにより発熱する化合物、例えば、アルカリ金属の酸化物（酸化リチウムなど）、アルカリ土類金属の酸化物［酸化カルシウムなど。ただし、酸化マグネシウム（マグネシア）は後述する反応促進剤とする。］、アルカリ土類金属の塩化物（塩化カルシウム、塩化マグネシウムなど）、アルカリ土類金属の硫酸化合物（硫酸カルシウムなど）などが挙げられる。

Claims (25)

1. アルミニウム、マグネシウムおよびそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも１種の金属材料を含有し、水との反応により水素を発生する水素発生材料であって、
   上記金属材料は、アトマイズ法により作製された粒子であり、かつ６０μｍ以下の粒径の粒子を８０質量％以上含有していることを特徴とする水素発生材料。
2. アルミニウム、マグネシウムおよびそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも１種の金属材料を含有し、水との反応により水素を発生する水素発生材料であって、
   常温で水と反応して発熱する発熱材料（ただし、マグネシアを除く）を更に含有し、
   上記金属材料が、６０μｍ以下の粒径の粒子を８０質量％以上含有していることを特徴とする水素発生材料。
3. 上記金属材料と上記発熱材料との総量中、金属材料の割合が８５質量％より多い請求項２に記載の水素発生材料。
4. 上記金属材料と上記発熱材料との総量中、金属材料の割合が９９質量％以下である請求項２または３に記載の水素発生材料。
5. 上記発熱材料が、酸化カルシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムおよび硫酸カルシウムよりなる群から選択される少なくとも１種の化合物である請求項２〜４のいずれかに記載の水素発生材料。
6. 上記発熱材料が、酸化カルシウムである請求項５に記載の水素発生材料。
7. 上記金属材料が、アトマイズ法により作製された粒子である請求項２〜６のいずれかに記載の水素発生材料。
8. 上記金属材料が、アルミニウムまたはアルミニウム合金である請求項１〜７のいずれかに記載の水素発生材料。
9. 上記金属材料が、アルミニウム合金またはマグネシウム合金であり、合金中の添加元素の含有量が２〜２０質量％である請求項１〜７のいずれかに記載の水素発生材料。
10. 上記アルミニウム合金またはマグネシウム合金の含有する添加元素が、ケイ素、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛、ニッケル、チタン、鉛、スズおよびクロムよりなる群から選択される少なくとも１種の元素である請求項９に記載の水素発生材料。
11. 上記金属材料の形状が鱗片状である請求項１〜１０のいずれかに記載の水素発生材料。
12. 上記金属材料の平均粒径が、３０μｍ以下である請求項１〜１１のいずれかに記載の水素発生材料。
13. 上記金属材料の粒径が、０．１μｍ以上である請求項１〜１２のいずれかに記載の水素発生材料。
14. 上記金属材料は、化学的手段または機械的手段により、表面の反応性を向上させる表面処理が行われたものである請求項１〜１３のいずれかに記載の水素発生材料。
15. 上記金属材料は、溶媒中で機械的に撹拌されて表面処理されたものである請求項１４に記載の水素発生材料。
16. ペレット状または顆粒状に成形されている請求項１〜１５のいずれかに記載の水素発生材料。
17. 水素の排出口を備えた反応容器内に、請求項１〜１６のいずれかに記載の水素発生材料を収容してなることを特徴とする水素製造用カートリッジ。
18. 反応容器内部に、水を貯蔵した貯蔵部を有する請求項１７に記載の水素製造用カートリッジ。
19. 少なくとも、請求項１〜１６のいずれかに記載の水素発生材料を収容し、かつ水素の排出口を備えている反応容器と、上記反応容器内の上記水素発生材料に水を供給する手段とを有することを特徴とする水素製造装置。
20. 上記反応容器に水の供給口が設けられており、上記反応容器の外部から水を供給する請求項１９に記載の水素製造装置。
21. 上記反応容器を加熱する手段を有する請求項１９または２０に記載の水素製造装置。
22. 請求項１〜１６のいずれかに記載の水素発生材料に水を供給し、上記水素発生材料に含まれる金属材料と水との反応により水素を発生させることを特徴とする水素の製造方法。
23. ４０℃以上の温度条件下で上記反応を行わせる請求項２２に記載の水素の製造方法。
24. 酸素を還元する正極と、水素を酸化する負極と、上記正極と上記負極との間に配置された固体電解質とからなる固体高分子型燃料電池と、
    請求項１〜１６のいずれかに記載の水素発生材料を収容し、かつ水素の排出口を有する反応容器と、
    上記反応容器内の上記水素発生材料に水を供給する手段とを備えており、
    上記水素発生材料に含まれる金属材料と水との反応により発生する水素を燃料源とすることを特徴とする燃料電池システム。
25. 上記反応容器は、燃料電池システム本体に対して着脱可能に構成されている請求項２４に記載の燃料電池システム。