JP2007326742A - Manufacturing method of hydrogen - Google Patents
Manufacturing method of hydrogen Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007326742A JP2007326742A JP2006159490A JP2006159490A JP2007326742A JP 2007326742 A JP2007326742 A JP 2007326742A JP 2006159490 A JP2006159490 A JP 2006159490A JP 2006159490 A JP2006159490 A JP 2006159490A JP 2007326742 A JP2007326742 A JP 2007326742A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- water
- hydrogen generating
- generating substance
- storage container
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 387
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 387
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 377
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 59
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 221
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 106
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 53
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 36
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 35
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 25
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 11
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 111
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 52
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 20
- -1 germanium ion Chemical class 0.000 claims description 19
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 8
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 claims description 7
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 claims description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K Citrate Chemical compound [O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 5
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001456 vanadium ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N Potassium ion Chemical compound [K+] NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 37
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 65
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 43
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 8
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 7
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 4
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000007561 laser diffraction method Methods 0.000 description 4
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 239000012982 microporous membrane Substances 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 1
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000102 alkali metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008046 alkali metal hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001617 alkaline earth metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000011549 displacement method Methods 0.000 description 1
- 229920006248 expandable polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000103 lithium hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002932 luster Substances 0.000 description 1
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000379 polypropylene carbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920006327 polystyrene foam Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 1
- 230000002940 repellent Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 1
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000013076 target substance Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K trisodium citrate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229940038773 trisodium citrate Drugs 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- 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
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、水素発生物質と水とを反応させて水素を製造する水素製造方法に関するものである。 The present invention relates to a hydrogen production method for producing hydrogen by reacting a hydrogen generating substance with water.
近年、パソコン、携帯電話などのコードレス機器の普及に伴い、その電源である電池には、ますます小型化、高容量化が要望されている。現在、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、小型軽量化を図り得る電池として実用化されており、ポータブル電源としての需要が増大している。しかし、このリチウムイオン二次電池は、一部のコードレス機器に対して、十分な連続使用時間を保証することができないという問題がある。 In recent years, with the widespread use of cordless devices such as personal computers and mobile phones, batteries that are power sources are increasingly required to be smaller and have higher capacities. Currently, lithium ion secondary batteries have been put into practical use as batteries that have high energy density and can be reduced in size and weight, and demand for portable power sources is increasing. However, this lithium ion secondary battery has a problem that it cannot guarantee a sufficient continuous use time for some cordless devices.
上記問題の解決に向けて、例えば固体高分子型燃料電池(PEFC)などの燃料電池の開発が進められている。燃料電池は、燃料および酸素の供給を行えば、連続的に使用することが可能である。そして、電解質に固体高分子電解質、正極活物質に空気中の酸素、負極活物質に燃料を用いるPEFCは、リチウムイオン二次電池よりもエネルギー密度が高い電池として注目されている。 In order to solve the above problems, for example, development of fuel cells such as polymer electrolyte fuel cells (PEFC) is underway. The fuel cell can be used continuously if fuel and oxygen are supplied. A PEFC that uses a solid polymer electrolyte as an electrolyte, oxygen in the air as a positive electrode active material, and fuel as a negative electrode active material has attracted attention as a battery having a higher energy density than a lithium ion secondary battery.
PEFCに用いる燃料に関しては、水素、メタノールなどが提案され、種々開発が行われているが、高エネルギー密度化が可能な点で、水素を燃料とするPEFCが期待されている。 Regarding fuels used in PEFC, hydrogen, methanol, and the like have been proposed and various developments have been made. However, PEFCs using hydrogen as a fuel are expected from the viewpoint of high energy density.
PEFCのような燃料電池に供給する水素としては、例えば、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素、亜鉛などの、水素源となる水素発生物質と水とを反応る方法により得られる水素が考えられる(特許文献1〜4)。 As hydrogen supplied to a fuel cell such as PEFC, for example, hydrogen obtained by a method of reacting a hydrogen generating material serving as a hydrogen source with water, such as aluminum, magnesium, silicon, and zinc, can be considered (Patent Document 1). ~ 4).
ところが、アルミニウムとアルカリまたは酸とを反応させる上記特許文献1〜3に記載の方法によれば、化学的に簡便に水素が発生するが、アルミニウムに見合う当量のアルカリまたは酸を添加する必要があり、水素源以外の材料の比率が高くなることによるエネルギー密度の減少の問題が生じる。また、万一漏洩した場合の人体への危険度が非常に高い。
However, according to the method described in
更に、水中で金属材料を摩擦し、かかる金属材料を力学的に破壊しつつ水と反応させる上記特許文献4の方法では、供給する金属材料や水の総量に対して得られる水素発生量が少なく、水素発生効率が低いという問題がある。
Furthermore, in the method of
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、簡便かつ効率よく水素を製造し得る水素製造方法を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide the hydrogen production method which can manufacture hydrogen simply and efficiently.
上記目的を達成し得た本発明の水素製造方法は、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムおよびこれらの1種以上の金属元素を主体とする合金よりなる群から選択される1種以上の金属を含有し、かつ100μm以下の粒径の粒子を80質量%以上含有する水素発生物質と、溶存硫酸イオン濃度が700ppm(質量基準。以下、本明細書において記載する水中の各種イオン濃度について、同じ。)以下であり、かつ25℃におけるイオン伝導度が10〜2200μS/cmの水とを反応させて水素を発生させることを特徴とする方法である。 The hydrogen production method of the present invention that has achieved the above object contains at least one metal selected from the group consisting of aluminum, silicon, zinc, magnesium, and an alloy mainly composed of at least one of these metal elements. In addition, a hydrogen generating material containing 80% by mass or more of particles having a particle size of 100 μm or less and a dissolved sulfate ion concentration of 700 ppm (mass basis. The same applies to various ion concentrations in water described in this specification). This is a method characterized in that hydrogen is generated by reacting with water having an ionic conductivity at 25 ° C. of 10 to 2200 μS / cm.
例えば、アルミニウムと水との反応は、下記式(1)〜(3)のいずれかによって進行しているものと考えられる。下記式(1)による発熱量は、419kJ/molである。 For example, the reaction between aluminum and water is considered to proceed according to any of the following formulas (1) to (3). The calorific value according to the following formula (1) is 419 kJ / mol.
2Al+6H2O→Al2O3・3H2O+3H2 (1)
2Al+4H2O→Al2O3・H2O+3H2 (2)
2Al+3H2O→Al2O3+3H2 (3)
2Al + 6H 2 O → Al 2 O 3 .3H 2 O + 3H 2 (1)
2Al + 4H 2 O → Al 2 O 3 .H 2 O + 3H 2 (2)
2Al + 3H 2 O → Al 2 O 3 + 3H 2 (3)
本発明法で使用する水素発生物質は、主に、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属やこれらの金属元素を主体とする合金で構成されており、各種の形状を有する粒子として用いるが、このような粒子は、一般に、上記金属や合金を金属状態で含有する粒子内部と、該粒子内部の少なくとも一部を被覆する表面皮膜(酸化皮膜)で構成されている。そして、このような水素発生物質と水との反応の際には、上記表面皮膜に水が浸透して、粒子内部の金属や合金にまで水が到達すると、上記式(1)〜(3)のような反応が生じて水素が発生するが、その際にも表面に酸化皮膜が形成されて水素発生物質が安定化するため、水素生成反応が停止してしまう。 The hydrogen generating material used in the method of the present invention is mainly composed of metals such as aluminum, silicon, zinc and magnesium and alloys mainly composed of these metal elements, and is used as particles having various shapes. Such particles are generally composed of a particle interior containing the metal or alloy in a metal state and a surface film (oxide film) covering at least a part of the particle interior. In the reaction between such a hydrogen generating substance and water, when water penetrates the surface film and reaches the metal or alloy inside the particles, the above formulas (1) to (3) Such a reaction occurs and hydrogen is generated. However, since an oxide film is formed on the surface and the hydrogen generating substance is stabilized, the hydrogen generating reaction is stopped.
ところが、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、上記のような表面皮膜が形成され得る水素発生物質と水とを用いて水素を製造する場合、水の溶存硫酸イオン濃度およびイオン伝導度によって、水素発生挙動に大きな差が生じることが明らかとなった。そして、溶存硫酸イオン(SO4 2−)濃度が700ppm以下であり、かつ25℃におけるイオン伝導度が10〜2200μS/cmの水を、上記特定の形態(上記特定の粒度分布)を有する水素発生物質に供給すれば、良好に水素発生反応を進行させ、水素発生量を増大させて、効率的な水素製造を可能とし得ることを見出し、本発明を完成させた。 However, as a result of repeated extensive studies by the present inventors, when hydrogen is produced using a hydrogen generating substance that can form a surface film as described above and water, it depends on the dissolved sulfate ion concentration and ionic conductivity of the water. It was revealed that there was a big difference in hydrogen generation behavior. Then, hydrogen having a dissolved sulfate ion (SO 4 2− ) concentration of 700 ppm or less and an ionic conductivity at 25 ° C. of 10 to 2200 μS / cm is generated as hydrogen having the specific form (the specific particle size distribution). It has been found that if the substance is supplied to the substance, the hydrogen generation reaction can proceed well and the amount of hydrogen generation can be increased to enable efficient hydrogen production, and the present invention has been completed.
本発明法によれば、簡便かつ効率よく水素を製造することができる。すなわち、本発明法では、特定の形態を有する水素発生物質と、特定の溶存硫酸イオン濃度および特定のイオン伝導度を有する水とを反応させるだけで、特別の操作・装置の必要なしに速やかに水素を製造することができ、簡便であると共に、水素発生物質および水の使用量に対して得られる水素の量も多く、水素発生効率が高い。そのため、携帯可能な装置によって水素を製造することも可能であり、例えば、本発明法によって得られる水素を燃料電池の水素源として用いることで、燃料電池の小型化、高エネルギー密度化を達成できる。 According to the method of the present invention, hydrogen can be produced easily and efficiently. That is, according to the method of the present invention, a hydrogen generating material having a specific form is reacted with water having a specific dissolved sulfate ion concentration and a specific ion conductivity, and can be promptly obtained without the need for special operation / equipment. Hydrogen can be produced and is simple, and the amount of hydrogen obtained relative to the amount of the hydrogen generating substance and water used is large, and the hydrogen generation efficiency is high. Therefore, it is also possible to produce hydrogen by a portable device. For example, by using hydrogen obtained by the method of the present invention as a hydrogen source of the fuel cell, it is possible to achieve miniaturization and high energy density of the fuel cell. .
本発明法に係る水素発生物質は、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属や、アルミニウム、ケイ素、亜鉛およびマグネシウムの中の1種以上の金属元素を主体とする合金を含有するものである。上記合金の場合には、主体となる上記の各金属元素以外の元素については特に限定されない。ここで、「主体」とは、合金全体に対して80質量%以上、より好ましくは90質量%以上含有されていることを意味している。上記例示の金属や合金の1種のみを水素発生物質として使用してもよく、2種以上を併用しても構わない。これらの水素発生物質は、常温では水と反応しにくいが、加熱することにより水との発熱反応が容易となる物質である。なお、本明細書において常温とは、20〜30℃の範囲の温度である。 The hydrogen generating substance according to the method of the present invention contains a metal such as aluminum, silicon, zinc or magnesium, or an alloy mainly composed of one or more metal elements selected from aluminum, silicon, zinc and magnesium. In the case of the above alloy, elements other than the above metal elements as the main elements are not particularly limited. Here, the “main body” means that 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more is contained with respect to the entire alloy. Only one of the above exemplified metals and alloys may be used as the hydrogen generating material, or two or more may be used in combination. These hydrogen generating substances are substances that do not easily react with water at room temperature, but are easily exothermic with water when heated. In this specification, normal temperature is a temperature in the range of 20 to 30 ° C.
水素発生物質は、上記の金属または合金を、水素発生物質の総量中、60質量%以上含有していることが好ましい。水素発生物質は通常粒子の形態で使用されるが、上記の通り、水素発生物質を構成する上記の金属または合金は、その表面部分では酸化物などとして表面皮膜を形成していることが多く、このような酸化物などは、水素発生反応に寄与しない。水素発生物質が含有する上記の金属または合金が、酸化物などではなく金属状態で水素発生物質の総量中60質量%以上含まれていれば、水素発生物質中の水素発生反応に寄与し得る成分量が多くなるため、水素発生効率をより高めることができる。水素発生物質の総量中における上記の金属または合金の含有量は、80質量%以上であることがより好ましく、100質量%であることが最も好ましいが、100質量%とすることは困難であるため、通常は、98質量%程度が上限となる。 The hydrogen generating material preferably contains 60% by mass or more of the above metal or alloy in the total amount of the hydrogen generating material. Although the hydrogen generating material is usually used in the form of particles, as described above, the above-mentioned metal or alloy constituting the hydrogen generating material often forms a surface film as an oxide or the like on its surface portion. Such oxides do not contribute to the hydrogen generation reaction. A component that can contribute to the hydrogen generation reaction in the hydrogen generation material if the metal or alloy contained in the hydrogen generation material is contained in a metal state rather than an oxide or the like in the total amount of the hydrogen generation material in an amount of 60% by mass or more. Since the amount increases, the hydrogen generation efficiency can be further increased. The content of the metal or alloy in the total amount of the hydrogen generating material is more preferably 80% by mass or more, and most preferably 100% by mass, but it is difficult to achieve 100% by mass. Usually, the upper limit is about 98% by mass.
水素発生物質における上記の金属や合金の含有量を上記のように調節するには、水素発生源として使用されるアルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムおよびこれらの1種以上の金属元素を主体とする合金の粉砕条件を適宜調整すればよい。特に、湿式粉砕法であるボールミル法、振動ミル法などで粉砕する場合、少なくとも使用する溶媒の水含有量が、粉砕する上記金属または合金1質量部に対して、1質量部以下、より好ましくは0.4質量部以下であることが望ましい。粉砕時に使用する溶媒中の水の量が多すぎると、粉砕中に上記金属または合金の酸化が進行して、水素発生物質中の上記金属や合金の含有量が減少し、水素発生量の低下を引き起こすことがある。 In order to adjust the content of the metal or alloy in the hydrogen generating material as described above, an alloy mainly composed of aluminum, silicon, zinc, magnesium and one or more metal elements used as a hydrogen generating source. The pulverization conditions may be adjusted as appropriate. In particular, when pulverizing by a ball mill method or a vibration mill method which is a wet pulverization method, the water content of at least the solvent used is 1 part by mass or less, more preferably 1 part by mass of the metal or alloy to be pulverized. The amount is desirably 0.4 parts by mass or less. If the amount of water in the solvent used during pulverization is too large, oxidation of the metal or alloy proceeds during pulverization, and the content of the metal or alloy in the hydrogen generating material decreases, resulting in a decrease in hydrogen generation. May cause.
本明細書でいう水素発生物質総量中の上記金属または合金の含有量(金属状態のものの含有量)は、以下のようにして測定される。水素発生物質をX線回折装置(XRD)により分析すると、上記金属および上記金属の酸化物または水酸化物が観測される。そこで、蛍光X線分析(XRF)によって水素発生物質中の金属および酸素の含有量を測定し、酸素含有量から、金属の酸化物または水酸化物の含有量を求め、残りの金属含有量を、金属状態のものの含有量とする。 The content of the metal or alloy in the total amount of the hydrogen generating substance referred to in the present specification (content in the metal state) is measured as follows. When the hydrogen generating substance is analyzed by an X-ray diffractometer (XRD), the metal and the oxide or hydroxide of the metal are observed. Therefore, the content of metal and oxygen in the hydrogen generating material is measured by fluorescent X-ray analysis (XRF), the content of metal oxide or hydroxide is determined from the oxygen content, and the remaining metal content is calculated. The content of the metal state.
また、本発明法で使用する水素発生物質は、全水素発生物質中に、100μm以下の粒径の粒子を80質量%含有するものである。上記の通り、上記の金属または合金で構成される水素発生物質は、一般に、表面に安定な表面皮膜(酸化皮膜)が形成されている。そのため、板状、ブロック状および粒径が1mm以上のバルク状などの形態の場合、加熱しても水との反応が進行せず、実質的に水素を発生させない場合もある。しかし、水素発生物質が上述のような粒度分布を有する形態の場合は、表面皮膜による水との反応抑制作用が減少し、常温では水と反応しにくいものの、加熱すれば水との反応性が高まり、水素発生反応が持続するようになる。水素発生物質中に含まれる100μm以下の粒径の粒子の割合は、90質量%以上であることが好ましく、100質量%であることが最も好ましい。 The hydrogen generating material used in the method of the present invention contains 80% by mass of particles having a particle size of 100 μm or less in the total hydrogen generating material. As described above, a hydrogen generating material composed of the above metal or alloy generally has a stable surface film (oxide film) formed on the surface. Therefore, in the case of forms such as a plate shape, a block shape, and a bulk shape having a particle size of 1 mm or more, the reaction with water does not proceed even when heated, and hydrogen may not be generated substantially. However, in the case where the hydrogen generating material has a particle size distribution as described above, the reaction with the water by the surface film is reduced, and although it is difficult to react with water at room temperature, it reacts with water when heated. The hydrogen generation reaction will continue to increase. The proportion of particles having a particle size of 100 μm or less contained in the hydrogen generating material is preferably 90% by mass or more, and most preferably 100% by mass.
水素発生物質中に含まれる100μm以下の粒径の粒子の割合を上記のように調節するには、例えば、水素発生源として使用されるアルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムおよびこれらの1種以上の金属元素を主体とする合金の粉砕条件を適宜調整すればよい。例えば、ボールミル法、サンドミル法、振動ミル法またはジェットミル法などを用いた機械的粉砕方法では、粉砕時間、粉砕回転数などを、ガスアトマイズ法、遠心噴霧法などの溶湯直接粉化法では、ガス圧力、ノズル径、溶湯温度を適宜調整すればよい。 In order to adjust the proportion of particles having a particle size of 100 μm or less contained in the hydrogen generating material as described above, for example, aluminum, silicon, zinc, magnesium and one or more metals thereof used as a hydrogen generating source What is necessary is just to adjust suitably the grinding | pulverization conditions of the alloy which has an element as a main component. For example, in the mechanical grinding method using the ball mill method, sand mill method, vibration mill method, jet mill method, etc., the grinding time, the rotational speed of rotation, etc. What is necessary is just to adjust a pressure, a nozzle diameter, and molten metal temperature suitably.
なお、水との反応性を高めて、より効率よく水素を生じさせるためには、水素発生物質の平均粒径は、70μm以下であることが好ましく、特に平均粒径を30μm以下とした場合には、反応効率をより一層向上させることができる。 In order to increase the reactivity with water and generate hydrogen more efficiently, the average particle size of the hydrogen generating material is preferably 70 μm or less, particularly when the average particle size is 30 μm or less. Can further improve the reaction efficiency.
また、水素発生物質の平均粒径が70μmを超える場合であっても、水素発生物質が鱗片状であり、かつその厚みが5μm以下である場合には、水との反応性を高めて、より効率よく水素を生じさせることができ、特に水素発生物質の厚みが3μm以下の場合には、反応効率をより一層向上させることができる。 Further, even when the average particle size of the hydrogen generating material exceeds 70 μm, if the hydrogen generating material is scaly and the thickness is 5 μm or less, the reactivity with water is increased, Hydrogen can be generated efficiently, and particularly when the thickness of the hydrogen generating material is 3 μm or less, the reaction efficiency can be further improved.
一方、水素発生物質の平均粒径を0.1μm未満としたり、鱗片状の水素発生物質の厚みを0.1μm未満であると、発火性が高くなって取り扱いが困難となったり、水素発生物質の充填密度が低下してエネルギー密度が低下しやすくなったりする。そのため、水素発生物質の平均粒径は、0.1μm以上とすることが好ましく、また、水素発生物質が鱗片状の場合には、その厚みは0.1μm以上であることが好ましい。 On the other hand, if the average particle size of the hydrogen generating material is less than 0.1 μm, or if the thickness of the scaly hydrogen generating material is less than 0.1 μm, the ignitability becomes high and handling becomes difficult. The energy density is likely to decrease due to a decrease in the packing density. For this reason, the average particle size of the hydrogen generating substance is preferably 0.1 μm or more, and when the hydrogen generating substance is scaly, the thickness is preferably 0.1 μm or more.
なお、本明細書でいう水素発生物質の平均粒径は、体積基準の積算分率50%における粒子直径の値を意味する。平均粒径の測定方法としては、例えば、レーザー回折・散乱法などを用いることができる。具体的には、水などの液相に分散させた測定対象物質にレーザー光を照射することによって検出される散乱強度分布を利用した粒子径分布の測定方法である。レーザー回折・散乱法による粒子径分布測定装置としては、例えば、日機装株式会社製の「マイクロトラックHRA」などを用いることができる。本明細書中でいう粒度分布も上述の測定方法および測定装置で測定を行っている。 In addition, the average particle diameter of the hydrogen generating substance as used in this specification means the value of the particle diameter at a volume-based integrated fraction of 50%. As a method for measuring the average particle diameter, for example, a laser diffraction / scattering method or the like can be used. Specifically, this is a particle diameter distribution measurement method using a scattering intensity distribution detected by irradiating a measurement target substance dispersed in a liquid phase such as water with laser light. As a particle size distribution measuring apparatus using a laser diffraction / scattering method, for example, “Microtrack HRA” manufactured by Nikkiso Co., Ltd. can be used. The particle size distribution referred to in this specification is also measured by the above-described measuring method and measuring apparatus.
また、本明細書でいう鱗片状の水素発生物質の厚みは、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することにより確認している。 Further, the thickness of the scaly hydrogen generating substance referred to in the present specification is confirmed by observing with a scanning electron microscope (SEM).
水素発生物質の形状も特に限定されないが、例えば、略球状(真球状を含む)やラグビーボール状の他、上記の通り、鱗片状のものなどが挙げられる。略球状やラグビーボール状などの場合には上記の平均粒径を満足するものが好ましく、鱗片状の場合には上記の厚みを満足するものが好ましい。また、鱗片状の水素発生物質の場合には、上記の平均粒径も満足していることがより好ましい。 The shape of the hydrogen generating substance is not particularly limited, and examples include a substantially spherical shape (including a true spherical shape) and a rugby ball shape, as well as a scaly shape as described above. In the case of a substantially spherical shape or a rugby ball shape, those satisfying the above average particle diameter are preferable, and in the case of a scale shape, those satisfying the above thickness are preferable. In the case of a scale-like hydrogen generating substance, it is more preferable that the above average particle diameter is also satisfied.
本発明法では、水素発生物質と反応させる水は、溶存硫酸イオン濃度が700ppmであり、かつ25℃におけるイオン伝導度が10μS/cm以上2200μS/cm以下である。なお、本明細書でいう水のイオン伝導度σ(μS/cm)は、25℃における値であり、具体的には、測定対象の水に浸した電極面積S(cm2)および電極間L(cm)が既知の二電極間に、1kHzの周波数を印加した際の抵抗値R(Ω)を測定し、以下の式から算出した値である。
σ = 106×L/(S×R)
In the method of the present invention, the water to be reacted with the hydrogen generating substance has a dissolved sulfate ion concentration of 700 ppm and an ionic conductivity at 25 ° C. of 10 μS / cm to 2200 μS / cm. In addition, the ionic conductivity σ (μS / cm) of water referred to in the present specification is a value at 25 ° C. Specifically, the electrode area S (cm 2 ) immersed in the water to be measured and the interelectrode L (Cm) is a value calculated from the following equation by measuring a resistance value R (Ω) when a frequency of 1 kHz is applied between two known electrodes.
σ = 10 6 × L / (S × R)
上記の溶存硫酸イオン濃度とイオン伝導度を満足する水を水素発生反応に用いると、上記の表面皮膜が形成されている水素発生物質を使用しても、効率よく水素を発生させることができる。その理由は明らかになっていないが、水中の溶存硫酸イオン濃度については、かかる硫酸イオンが、水素発生物質と水との反応によって生じる反応生成物[例えば、上記式(1)〜(3)に示す反応生成物]による表面皮膜(酸化皮膜)形成に影響して、より水素発生反応の進行を妨げる作用を有しているものと考えられ、溶存硫酸イオン濃度が700ppm以下の水を使用することで、このような作用の発現が抑制されているのではないかと推測される。また、水のイオン伝導度については、水中に溶存するイオンによっては、水素発生物質に対して腐食性があるために水素発生反応を促す作用を有するか、または、水素発生物質と水との反応によって生じる反応生成物による表面皮膜形成への影響が少なく、水素発生反応を進行し易くする作用を有していると考えられ、25℃におけるイオン伝導度が10μS/cm以上となるように水が各種イオン(硫酸イオンを除く)を含有することで、これらのイオンの上記作用による効果が得られているためではないかと推測される。また、後記する携帯型の燃料カートリッジを用いて本発明法を実施する場合には、水中の溶存硫酸イオンが多いと、水素発生反応に伴って難水溶性の硫酸塩が生成し、これが水供給口付近に堆積して水素発生物質への水の供給を妨げることもある。 When water satisfying the above-described dissolved sulfate ion concentration and ionic conductivity is used for the hydrogen generation reaction, hydrogen can be efficiently generated even if the hydrogen generating material on which the above surface film is formed is used. The reason for this is not clear, but the dissolved sulfate ion concentration in water is such that the sulfate ion is a reaction product produced by the reaction between the hydrogen generating substance and water [for example, in the above formulas (1) to (3) It is thought that it has the effect | action which influences progress of the surface film | membrane (oxide film) by the reaction product to show], and hinders progress of hydrogen generation reaction, and uses the water whose dissolved sulfate ion concentration is 700 ppm or less Thus, it is presumed that the expression of such an action is suppressed. As for the ionic conductivity of water, depending on the ions dissolved in the water, it has the action of promoting the hydrogen generation reaction because it is corrosive to the hydrogen generation material, or the reaction between the hydrogen generation material and water. It is considered that the reaction product produced by the reaction has little effect on the formation of the surface film and has the effect of facilitating the hydrogen generation reaction. Water is added so that the ionic conductivity at 25 ° C. is 10 μS / cm or more. By containing various ions (excluding sulfate ions), it is presumed that the effect of the above-described action of these ions is obtained. In addition, when carrying out the method of the present invention using a portable fuel cartridge, which will be described later, if there is a large amount of dissolved sulfate ions in the water, a poorly water-soluble sulfate is formed along with the hydrogen generation reaction, which is the water supply. It may accumulate near the mouth and prevent water supply to the hydrogen generating material.
なお、本発明法で水素を製造する際には、反応温度が水の沸点に近い温度になることがある。そのとき、供給された水の一部が水素発生物質と反応し、残りの未反応の水は水蒸気として生成した水素と共に反応系外に排出される現象が起こる場合がある。このように、水蒸気と水素との混合物を、例えばPEFCに燃料として供給した場合、この水蒸気中にイオンが存在すると、PEFC内に含まれるプロトン交換樹脂およびプロトン交換膜内のプロトンの置換、触媒上への吸着、電極内での析出などが生じて、イオン伝導性の低下、触媒能の低下、およびガスの拡散性能の低下などが引き起こされ、その結果、燃料電池の劣化を招く可能性がある。また、水中に溶存イオンが過剰に存在する場合、水素発生物質と水との反応に伴う水素発生物質の表面皮膜形成が却って進行し易くなる傾向にある。これらのことから、本発明法で用いる水は、各種イオンを過剰に含有しないように、25℃におけるイオン伝導度が2200μS/cm以下のものとする。 When producing hydrogen by the method of the present invention, the reaction temperature may be close to the boiling point of water. At that time, a part of the supplied water may react with the hydrogen generating substance, and the remaining unreacted water may be discharged out of the reaction system together with hydrogen generated as water vapor. Thus, when a mixture of water vapor and hydrogen is supplied as fuel to the PEFC, for example, if ions are present in the water vapor, the proton exchange resin contained in the PEFC and the protons in the proton exchange membrane are replaced. Adsorption on the electrode, precipitation in the electrode, etc., resulting in a decrease in ion conductivity, a decrease in catalytic ability, a decrease in gas diffusion performance, etc., which may result in deterioration of the fuel cell . In addition, when dissolved ions are excessively present in water, the surface film formation of the hydrogen generating material accompanying the reaction between the hydrogen generating material and water tends to easily proceed. For these reasons, the water used in the method of the present invention has an ionic conductivity at 25 ° C. of 2200 μS / cm or less so as not to contain excessive amounts of various ions.
水の溶存硫酸イオン濃度は、250ppm以下であることが好ましく、水が溶存硫酸イオンを実質的に含有しない(実質的に0ppmである)ことがより好ましい。なお、ここでいう「水が溶存硫酸イオンを実質的に含有しない(実質的に0ppm)」とは、後記の溶存硫酸イオン濃度測定法において、硫酸イオン濃度の検出限界以下の状態を意味している。 The dissolved sulfate ion concentration of water is preferably 250 ppm or less, and more preferably the water does not substantially contain dissolved sulfate ions (substantially 0 ppm). As used herein, “water does not substantially contain dissolved sulfate ions (substantially 0 ppm)” means a state below the detection limit of sulfate ion concentration in the dissolved sulfate ion concentration measurement method described below. Yes.
水のイオン伝導度は、50μS/cm以上であることが好ましく、600μS/cm以下であることが好ましい。 The ionic conductivity of water is preferably 50 μS / cm or more, and preferably 600 μS / cm or less.
本発明法で使用する水は、上記のイオン伝導度を有しており、各種イオンを含有するものである。水に溶存しているイオンとしては、例えば、カルシウムイオン(Ca2+)、マグネシウムイオン(Mg2+)、ナトリウムイオン(Na+)、カリウムイオン(K+)、バナジウムイオン(V5+)、ゲルマニウムイオンGe4+)などのカチオン;炭酸イオン(CO3 2−)、炭酸水素イオン(HCO3 −)、塩化物イオン(Cl−)、硝酸イオン(NO3 −)、クエン酸イオン(C6H5O7 3−)、ケイ酸イオン(SiO2 2−)などのアニオン;が挙げられる。これらのイオンの1種のみが水に溶存していてもよく、2種以上が溶存していても構わない。また、上記水には、アニオンとして硫酸イオンが溶存していても良いが、その濃度が700ppm以下で無ければならない。 The water used in the method of the present invention has the above-described ionic conductivity and contains various ions. Examples of ions dissolved in water include calcium ions (Ca 2+ ), magnesium ions (Mg 2+ ), sodium ions (Na + ), potassium ions (K + ), vanadium ions (V 5+ ), and germanium ions Ge. Cation such as 4+ ); carbonate ion (CO 3 2− ), bicarbonate ion (HCO 3 − ), chloride ion (Cl − ), nitrate ion (NO 3 − ), citrate ion (C 6 H 5 O 7) 3- ), anions such as silicate ions (SiO 2 2− ); Only one kind of these ions may be dissolved in water, or two or more kinds may be dissolved. In addition, sulfate ions as anions may be dissolved in the water, but the concentration must be 700 ppm or less.
なお、例えば、上記のイオン伝導度を有しており、溶存ナトリウムイオン濃度が3〜410ppmで、溶存塩化物イオン濃度が5〜610ppmであり、かつ他の溶存イオンを実質的に含有しない(実質的に0ppmである)水を水素発生反応に用いると、理由は明らかとなっていないが、より効率よく水素を発生させることができる。 In addition, for example, it has the above-mentioned ion conductivity, the dissolved sodium ion concentration is 3 to 410 ppm, the dissolved chloride ion concentration is 5 to 610 ppm, and it does not substantially contain other dissolved ions (substantially When water is used for the hydrogen generation reaction, the reason is not clear, but hydrogen can be generated more efficiently.
また、例えば、上記のイオン伝導度を有しており、溶存マグネシウムイオン濃度が2〜25ppmで、溶存硫酸イオン濃度が8〜100ppmであり、かつ他の溶存イオンを実質的に含有しない(実質的に0ppmである)水を水素発生反応に用いると、理由は明らかとなっていないが、より効率よく水素を発生させることができる。 For example, it has the above-mentioned ionic conductivity, the dissolved magnesium ion concentration is 2 to 25 ppm, the dissolved sulfate ion concentration is 8 to 100 ppm, and does not substantially contain other dissolved ions (substantially If water is used for the hydrogen generation reaction, the reason is not clear, but hydrogen can be generated more efficiently.
更に、例えば、上記のイオン伝導度を有しており、溶存ナトリウムイオン濃度が2〜460ppmで、溶存クエン酸イオン濃度が5〜1260ppmであり、かつ他の溶存イオンを実質的に含有しない(実質的に0ppmである)水を水素発生反応に用いると、理由は明らかとなっていないが、より効率よく水素を発生させることができる。 Further, for example, it has the above-described ion conductivity, the dissolved sodium ion concentration is 2 to 460 ppm, the dissolved citrate ion concentration is 5 to 1260 ppm, and it does not substantially contain other dissolved ions (substantially When water is used for the hydrogen generation reaction, the reason is not clear, but hydrogen can be generated more efficiently.
ここで、上記の「他の溶存イオンを実質的に含有しない(実質的に0ppmである)」とは、各種溶存イオンの濃度測定を実施した場合に、検出限界以下である状態を意味している。 Here, the above-mentioned “substantially does not contain other dissolved ions (substantially 0 ppm)” means a state that is below the detection limit when measuring the concentration of various dissolved ions. Yes.
なお、本明細書でいう溶存硫酸イオン濃度、溶存塩化物イオン濃度、および溶存クエン酸イオン濃度は、イオンクロマトグラフ(日本ダイオネクス株式会社製「ICS−1500」)を用いて測定した値である。また、本明細書でいう溶存ナトリウムイオン濃度および溶存マグネシウムイオン濃度は、ICP発光分析(サーモエレクトロン株式会社製「IRIS1000」)を用いて測定した値である。 In addition, the dissolved sulfate ion concentration, the dissolved chloride ion concentration, and the dissolved citrate ion concentration referred to in the present specification are values measured using an ion chromatograph (“ICS-1500” manufactured by Nippon Dionex Co., Ltd.). Moreover, the dissolved sodium ion concentration and the dissolved magnesium ion concentration as used in the present specification are values measured using ICP emission analysis (“IRIS1000” manufactured by Thermo Electron Co., Ltd.).
また、本発明法で使用する水は、その硬度が、1mg/L以上、より好ましくは10mg/L以上であって、1500mg/L以下、より好ましくは500mg/L以下であることが望ましい。ここで、水の硬度とは、水中に溶存するカルシウムイオン量A(mg/L)とマグネシウムイオン量B(mg/L)とを、これらに対応する炭酸カルシウム(CaCO3)の量に換算して、水1L(リットル)についてのmg数、すなわちmg/Lで表したものをいい、以下の式で表記される。
硬度 = A×2.5+B×4.1
The water used in the method of the present invention preferably has a hardness of 1 mg / L or more, more preferably 10 mg / L or more, 1500 mg / L or less, more preferably 500 mg / L or less. Here, the hardness of water refers to the amount of calcium ions A (mg / L) and the amount of magnesium ions B (mg / L) dissolved in water converted to the corresponding amount of calcium carbonate (CaCO 3 ). The number of mg per 1 L (liter) of water, that is, expressed in mg / L, is expressed by the following formula.
Hardness = A × 2.5 + B × 4.1
水素の製造に用いる水の硬度が上記の値であれば、水のイオン伝導度を上記特定値として、効率的な水素の製造を可能とすることができる。水の硬度は、水に溶存させ得る上記例示の各種イオンの濃度を制御することで調節すればよい。 If the hardness of the water used for the production of hydrogen is the above value, the ionic conductivity of water can be used as the above specific value to enable efficient production of hydrogen. The hardness of water may be adjusted by controlling the concentration of the various ions exemplified above that can be dissolved in water.
なお、25℃のイオン伝導度が10μS/cm以上2200μS/cm以下であり、かつ溶存硫酸イオン濃度が700ppm以下の水としては、例えば、市販のミネラルウォーターの中にもあるため、比較的入手が容易であり、利便性に優れている。 Incidentally, water having an ionic conductivity at 25 ° C. of 10 μS / cm or more and 2200 μS / cm or less and a dissolved sulfate ion concentration of 700 ppm or less is also available in, for example, commercially available mineral water. It is easy and convenient.
次に、本発明の水素製造方法の具体的な態様を、本発明の水素製造方法によって水素を製造する際に用い得る水素製造装置の図面を用いつつ説明する。図1は、本発明の水素製造方法を適用し得る水素製造装置の構成例を模式的に示す部分断面図である。図1の水素製造装置は、蓋1aと容器本体部1bとで構成され、水素発生物質2を収容し、かつ該水素発生物質2と水とを反応させるための水素発生物質収容器1と、水素発生物質収容容器に供給する水4を収容するための水収容容器3と、水収容容器3から水素発生物質収容容器1へ水を供給するための水供給管5とを有している。そして、図1の装置では、水供給管5にポンプ10(マイクロポンプなど)が備えられており、このポンプ10により、水供給口6(水供給管5の管口部)から水素発生物質収容容器1内へ水4を連続的に供給できるようになっている。水素発生物質収容容器1内に供給された水4は、水素発生物質2と反応して水素を発生させる。この反応により生成した水素は、水素発生物質収容容器1に設けられた水素導出口7を通じて、水素導出管8により、水素製造装置外部に取り出される。また、図1の装置における9は、水素発生物質収容容器1の外部に配置された保温材である。
Next, specific embodiments of the hydrogen production method of the present invention will be described with reference to the drawings of a hydrogen production apparatus that can be used when hydrogen is produced by the hydrogen production method of the present invention. FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing a configuration example of a hydrogen production apparatus to which the hydrogen production method of the present invention can be applied. The hydrogen production apparatus of FIG. 1 includes a
水素発生物質収容容器1の材質や、水収容容器3の材質は、水および水素を透過しにくく、かつ100℃程度に加熱しても破損しない材質であれば特に限定されるものではなく、アルミニウム、チタン、ニッケルなどの金属や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネートなどの樹脂、あるいはアルミナ、シリカ、チタニアなどのセラミックス、ガラス(特に耐熱ガラス)などの材料を用いることができる。また、水供給管5および水素導出管8についても、水素発生物質収容容器1などと同様の材質で構成することができる。なお、水素以外の内容物が装置の外に漏れ出すのを防ぐため、水素導出口7には、必要に応じて気液分離膜などのフィルターを設置してもよい。
The material of the hydrogen generating
なお、図1に示すように、水素発生物質収容容器1の外周には、保温材9が配置されていることが好ましい。これにより水素発生物質と水との発熱反応を維持できる温度を保持し易くなり、また、外気温の影響も受け難くなる。保温材9の材質は、耐熱性が高いものであれば特に限定されず、例えば、発泡スチロール、ポリウレタンフォームなどの多孔性断熱材、または真空断熱構造を有する断熱材などが挙げられる。
In addition, as shown in FIG. 1, it is preferable that the
水と水素発生物質との反応を容易に開始させるためには、水素発生物質と水の少なくとも一方を加熱することが好ましい。その加熱温度は、40℃以上、より好ましくは60℃以上であって、100℃以下であることが望ましい。上記の水素発生物質と水との発熱反応を維持できる温度は、通常は40℃以上であり、一旦発熱反応が開始して水素が発生すると、水素発生物質収容容器の内圧が上昇して水の沸点が上昇することもあり、容器内温度が120℃に達することもあるが、水素発生速度の制御の点から100℃以下とすることが好ましい。 In order to easily start the reaction between water and the hydrogen generating substance, it is preferable to heat at least one of the hydrogen generating substance and water. The heating temperature is 40 ° C. or higher, more preferably 60 ° C. or higher, and desirably 100 ° C. or lower. The temperature at which the exothermic reaction between the hydrogen generating substance and water can be maintained is usually 40 ° C. or higher. Once the exothermic reaction starts and hydrogen is generated, the internal pressure of the hydrogen generating substance storage container increases and the water is increased. Although the boiling point may rise and the temperature in the container may reach 120 ° C., it is preferably 100 ° C. or less from the viewpoint of controlling the hydrogen generation rate.
上記の加熱は、上記発熱反応の開始時にのみ行えばよい。一旦、水と水素発生物質との発熱反応が開始されると、その発熱反応の熱によりその後の反応を継続できるからである。なお、上記の加熱と、水素発生物質収容容器1の内部への水の供給とを同時に行ってもよい。
The heating may be performed only at the start of the exothermic reaction. This is because once the exothermic reaction between water and the hydrogen generating substance is started, the subsequent reaction can be continued by the heat of the exothermic reaction. In addition, you may perform said heating and the supply of the water to the inside of the hydrogen generating
上記加熱の方法は特に限定されないが、抵抗体に通電することによる発熱を利用して加熱することができる。図1では図示していないが、例えば、この抵抗体を水素発生物質収容容器1の外部に取り付けて発熱させ、これらの容器を外部から加熱することにより、水素発生物質と水の少なくとも一方を加熱することができる。また、水収容容器3の外部に抵抗体を取り付けて、水収容容器を外部から加熱するようにしてもよい。上記抵抗体の種類については特に限定されず、例えば、ニクロム線、白金線などの金属発熱体、炭化ケイ素、PTCサーミスタなどが使用できる。
Although the heating method is not particularly limited, heating can be performed using heat generated by energizing the resistor. Although not shown in FIG. 1, for example, this resistor is attached to the outside of the hydrogen generating
また、上記加熱は、発熱材料の化学反応による発熱により行うこともできる。この発熱材料には、水と発熱反応して水酸化物や水和物となる物質、水と発熱反応して水素を生成する物質などを用いることができる。上記の、水と発熱反応して水酸化物や水和物となる物質としては、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、酸化マグネシウムなど)、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)などを用いることができる。上記の、水と発熱反応して水素を生成する物質としては、例えば、アルカリ金属(リチウム、ナトリウムなど)、アルカリ金属水素化物(水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化リチウムなど)などを用いることができる。これらの物質は、1種単独で用いることもでき、2種以上を併用することもできる。 The heating can also be performed by heat generated by a chemical reaction of the heat generating material. As the exothermic material, a substance that becomes an hydroxide or a hydrate by exothermic reaction with water, a substance that produces exothermic reaction with water and hydrogen can be used. Examples of the substance that forms an hydroxide or hydrate by exothermic reaction with water include alkali metal oxides (such as lithium oxide) and alkaline earth metal oxides (such as calcium oxide and magnesium oxide). Alkaline earth metal chlorides (such as calcium chloride and magnesium chloride), alkaline earth metal sulfate compounds (such as calcium sulfate), and the like can be used. Examples of the substances that generate hydrogen by exothermic reaction with water include alkali metals (lithium, sodium, etc.), alkali metal hydrides (sodium borohydride, potassium borohydride, lithium hydride, etc.), etc. Can be used. These substances can be used alone or in combination of two or more.
図1に示す水素製造装置を用いて水素の製造を行う際には、水素発生物質収容容器1内に、水素発生物質と共に上記発熱材料を配置し、これらに水を加えることにより水と発熱材料とを発熱反応させて、水素発生物質収容容器1の内部で水素発生物質と水を直接加熱することができる。また、水素発生物質収容容器1の外部や、水収容容器3の外部に、上記の発熱材料を配置して発熱させ、これらの容器を外部から加熱することにより、水素発生物質と水の少なくとも一方を加熱することが可能である。
When hydrogen is produced using the hydrogen production apparatus shown in FIG. 1, the heat generating material is placed in the hydrogen generating
なお、発熱材料としては、水以外の物質と発熱反応する物質、例えば、鉄粉のように酸素と発熱反応する物質も知られている。このような物質は、発熱反応のために酸素を導入する必要があることから、水素発生物質収容容器1に入れるのではなく、水素発生物質収容容器1や水収容容器3の外部に配置して使用することが好ましい。
In addition, as exothermic material, the substance which exothermically reacts with substances other than water, for example, the substance which exothermically reacts with oxygen like iron powder, is also known. Since such a substance needs to introduce oxygen for an exothermic reaction, it is not placed in the hydrogen generating
上記発熱材料を水素発生物質と共に水素発生物質収容容器に収容し、これに水を供給して加熱する場合には、発熱材料は水素発生物質と均一または不均一に分散・混合させた混合物として用いてもよいが、水素発生物質収容容器内で、発熱材料を偏在させて配置することがより好ましく、水素発生物質収容容器内部の水供給管(図1中、5)の管口部(図1中、6)の近傍に発熱材料を偏在させることが特に好ましい。水素発生物質収容容器内部において、発熱材料をこのように偏在させることにより、水を供給し始めてから水素発生物質が加温されるまでの時間をより短くして、より迅速な水素製造を可能とすることができる。 When the above heat generating material is stored in a hydrogen generating material storage container together with a hydrogen generating material and heated by supplying water to this, the heat generating material is used as a mixture in which the hydrogen generating material is uniformly or non-uniformly dispersed and mixed. However, it is more preferable that the heat generating material is unevenly arranged in the hydrogen generating substance storage container, and the port portion (FIG. 1) of the water supply pipe (5 in FIG. 1) inside the hydrogen generating substance storage container. In particular, it is particularly preferable that the heat generating material is unevenly distributed in the vicinity of 6). By unevenly distributing the heat generating material inside the hydrogen generating substance storage container, it is possible to shorten the time from the start of supplying water until the hydrogen generating substance is heated, and to produce hydrogen more quickly. can do.
水素発生物質収容容器内部の水供給管の管口部近傍に発熱材料を偏在させるには、上記管口部近傍に発熱材料だけを配置する他、予め混合比を変えた2種以上の水素発生物質と発熱材料との混合物を調製しておき、管口部近傍には発熱材料の比率の高い混合物を配置し、その他の部分には発熱材料の比率の低い混合物を配置することもできる(このうち後者については、後記の実施例において詳述する)。 In order to make the heat generating material unevenly distributed in the vicinity of the mouth portion of the water supply pipe inside the hydrogen generating substance storage container, in addition to arranging only the heat generating material in the vicinity of the above mouth portion, two or more types of hydrogen generation with previously changed mixing ratios It is also possible to prepare a mixture of a substance and a heat generating material, arrange a mixture with a high ratio of the heat generating material near the tube opening, and arrange a mixture with a low ratio of the heat generating material in the other part (this Of these, the latter will be described in detail in Examples below).
また、水素発生物質を構成する金属と水との反応(水素発生反応)も発熱反応であるため、その反応熱の放熱を防ぎ、水素発生物質や水の温度上昇に利用すれば、上記発熱源を有さずとも連続的に水素を発生させることが可能である。すなわち、反応初期に加熱を行うのみで、水素発生が始まった後は加熱を止めても、水素発生反応の発熱により加温状態を維持することができる。なお、このような加熱を行う場合には、図1の装置のように、水素発生物質収容容器1の外周に保温材9を配置して、水素発生物質収容容器1内の熱の外部への放出を抑制することが好ましい。
In addition, since the reaction between the metal constituting the hydrogen generating material and water (hydrogen generating reaction) is also an exothermic reaction, if the heat generated from the reaction heat is prevented and used to increase the temperature of the hydrogen generating material or water, the above heat source is generated. It is possible to continuously generate hydrogen without having any. That is, only heating is performed at the initial stage of the reaction, and even if heating is stopped after hydrogen generation has started, the heated state can be maintained by the exothermic heat of the hydrogen generation reaction. In the case of performing such heating, as shown in the apparatus of FIG. 1, a
また、本発明法では、水素発生物質と反応させる水の供給を制御することによって、水素発生量を制御することができる。 In the method of the present invention, the amount of hydrogen generation can be controlled by controlling the supply of water to be reacted with the hydrogen generating substance.
本発明の水素製造方法により製造される水素を、小型燃料電池や携帯電子機器に適用するような場合には、例えば、図2に示すような水素製造装置、すなわち携帯型の燃料カートリッジを用いることができる。図2は、燃料カートリッジの構成例を示す断面図であるが、各構成要素の理解を容易にするために、断面であることを示す斜線は付していない。また、図2中、図1の各要素と共通の作用を有する要素には同じ符号を付している(後記の図3および図5についても同じ)。 When the hydrogen produced by the hydrogen production method of the present invention is applied to a small fuel cell or a portable electronic device, for example, a hydrogen production apparatus as shown in FIG. 2, that is, a portable fuel cartridge is used. Can do. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of the fuel cartridge. However, in order to facilitate understanding of each component, hatched lines indicating the cross-section are not attached. In FIG. 2, elements having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals (the same applies to FIGS. 3 and 5 described later).
図2の燃料カートリッジは、水素発生物質収容容器1の内部に水素発生物質2を封入したものであり、図1に示す水素製造装置と同様に、水素発生物質2に水を供給するための水供給管5と、容器1内で生成した水素をカートリッジの外部に取り出すための水素導出管8を備えている。燃料カートリッジは、燃料電池や携帯電子機器に装着された後に、ポンプ(マイクロポンプなど、図示しない)を用いて、水供給管5の水供給口6を通じて容器1内に水が供給されるか、または、水を充填した水収容容器(図示しない)を燃料カートリッジの一部に予め有しており、燃料電池や携帯電子機器に燃料カートリッジが装着された後、水収容容器内の水が容器1内に供給されるような構造を有していればよい。
The fuel cartridge of FIG. 2 has a hydrogen generating
なお、図2の燃料カートリッジでは、内部に供給された水の一部は、吸水材11、11により保持され、残部は水素発生物質を濡らし、水素発生反応が開始される。発生した水素は、水素導出口7から水素導出管8を通じて燃料電池の負極に供給される。吸水材11、11は必ずしも必要ではないが、水素発生反応による水の消費に応じて、吸水材11、11により保持された水も水素発生物質に供給されるため、水素発生速度の時間変動をある程度抑制することが可能となる。吸水材は、水を吸って保持することのできる材質のものであれば特に限定されるものではなく、一般には脱脂綿や不織布などを用いることができる。
In the fuel cartridge of FIG. 2, a part of the water supplied to the inside is held by the water-absorbing
本発明の水素製造方法により水素を製造する場合、上記の通り、水素発生反応温度が水の沸点に近い温度になって、そのとき供給された水の一部が水素発生物質と反応して、残りの未反応の水は水蒸気として生成した水素と共に反応系外(水素発生物質収容容器1外)へ排出される現象が起こることがあり、このような水蒸気と水素の混合物をPEFCへ供給すると、その劣化を招く可能性がある。このような問題の発生が懸念される場合には、水素発生物質収容容器より排出された水(水蒸気)と水素との混合物を、水と水素に分離するための気液分離部を備えた水素製造装置を用いて、本発明法を実施することが好ましい。 When producing hydrogen by the hydrogen production method of the present invention, as described above, the hydrogen generation reaction temperature becomes a temperature close to the boiling point of water, and a part of the supplied water then reacts with the hydrogen generation substance, The remaining unreacted water may be discharged to the outside of the reaction system (outside of the hydrogen generating substance storage container 1) together with hydrogen generated as water vapor. When such a mixture of water vapor and hydrogen is supplied to PEFC, There is a possibility of causing the deterioration. If there is a concern about the occurrence of such a problem, a hydrogen equipped with a gas-liquid separation unit for separating the mixture of water (water vapor) and hydrogen discharged from the hydrogen generating substance storage container into water and hydrogen. It is preferable to carry out the method of the present invention using a production apparatus.
図3に、気液分離部を有する水素製造装置の構成例を表す部分断面図を示す。図3の装置は、水収容容器3と気液分離部12とを有しており、水素発生物質との反応に用いられる水4は、水収容容器3から、水供給管5を通じて水素発生物質収容容器1へ供給される。そして、水素発生物質収容容器1から排出された水と水素の混合物は、水素導出管8を通じて気液分離部12に導入されるように構成されている。
In FIG. 3, the fragmentary sectional view showing the structural example of the hydrogen production apparatus which has a gas-liquid separation part is shown. The apparatus shown in FIG. 3 has a water storage container 3 and a gas-
気液分離部12では、水素導出管8より流入した水素と水の混合物のうち、水は重力により気液分離部12の下方に落下して水素から分離される。分離された水素は、水素導出管12aから装置外部に取り出される。
In the gas-
また、図3の装置では、気液分離部12によって分離した水を、水回収管12bを通じて水収容容器3に戻すことができる。そのため、実質的な水の使用量を低減できることから、水収容容器3内に収容しておく水の量を減らすことが可能となり、水素製造装置の体積および重量を低減してコンパクトにすることができる。
Moreover, in the apparatus of FIG. 3, the water separated by the gas-
気液分離部12の構成は図3に示されるものに限定される訳ではなく、例えば従来公知のポリテトラフルオロエチレン製微多孔膜、または、撥水処理を施したポリビニリデンフロリド、ポリエチレン、ポリプロピレンもしくはポリエーテルスルホンの微多孔膜などの気液分離膜を用いて気液分離部を構成することもできる。
The structure of the gas-
また、気液分離部12での水の回収効率を向上させるために、水素発生物質収容容器1と気液分離部12との間に冷却部(図示しない)を設けることも好ましい。水素発生物質収容容器1から排出される水と水素の混合物を、気液分離部12に入る前に冷却部で冷却すれば、そこに含まれる水蒸気を液体の水に変えることができるため、気液分離部12での水の回収効率を高めることができる。冷却部としては、例えば、金属製冷却フィンが管に接するように配置された構造の冷却手段を用いることができる。さらには空冷ファンを用いることもできる。
In order to improve the water recovery efficiency in the gas-
更に、水素製造装置には、圧力逃がし弁を設けることが好ましい。例えば水素発生速度が増大して、装置の内圧が上昇した場合でも、圧力逃がし弁から水素を装置外に排出することにより、破裂などによる装置の破損を防止することができる。圧力逃がし弁の設置箇所は、水素発生物質収容容器内で発生した水素が排出できる箇所であればよい。例えば図3に示す装置であれば、水素導出管8から、気液分離部12までの間のいずれの箇所に圧力逃がし弁を設けても構わない。
Furthermore, it is preferable to provide a pressure relief valve in the hydrogen production apparatus. For example, even when the hydrogen generation rate increases and the internal pressure of the apparatus rises, the apparatus can be prevented from being damaged due to rupture or the like by discharging hydrogen from the pressure relief valve to the outside of the apparatus. The installation location of the pressure relief valve may be a location where hydrogen generated in the hydrogen generating substance storage container can be discharged. For example, in the apparatus shown in FIG. 3, a pressure relief valve may be provided at any location between the
なお、図1、図3に示す水素製造装置や、図2に示す燃料カートリッジは、本発明の水素製造方法の実施に用い得る装置の一例であり、本発明法の実施に用い得る装置は、これらに限定される訳ではない。 The hydrogen production apparatus shown in FIGS. 1 and 3 and the fuel cartridge shown in FIG. 2 are examples of apparatuses that can be used for carrying out the hydrogen production method of the present invention. However, it is not limited to these.
また、例えば、水素の製造方法としては、炭化水素系燃料の改質による方法も知られているが、このような方法により得られる水素ではCOおよびCO2といったガスが含まれており、かかる水素を100℃以下で作動するPEFCに供給すると、これらのガスによる被毒の問題が生じる。一方、本発明法により製造される水素は、上記ガスを含まないため、そのような問題が発生せず、また、反応に水が関与するため、ガス中に適度な水分を含んでおり、水素を燃料とする燃料電池において好ましく用いることができる。 Further, for example, as a method for producing hydrogen, a method by reforming a hydrocarbon-based fuel is also known, but hydrogen obtained by such a method contains gases such as CO and CO 2 , and such hydrogen If the gas is supplied to a PEFC operating at 100 ° C. or lower, the problem of poisoning by these gases arises. On the other hand, since the hydrogen produced by the method of the present invention does not contain the above gas, such a problem does not occur, and since water is involved in the reaction, the gas contains appropriate moisture. Can be preferably used in a fuel cell using as a fuel.
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and all modifications made without departing from the spirit of the preceding and following descriptions are included in the technical scope of the present invention.
(実施例1〜3)
アトマイズ法により作製された表1に示すアルミニウム粉末である水素発生物質のみからなる水素発生材料1gと、表2に示す各種溶存イオン濃度、イオン伝導度および硬度を有する水[カルピス伊藤忠ミネラルウォーター社製「evian(登録商標)」]10gとを、それぞれ内容積50cm3でガラス製のサンプル瓶に入れ、サンプル瓶の外側に抵抗体を設置した。抵抗体に通電することにより容器を加熱し、水素発生物質を50℃に加熱して水と反応させ、水素を発生させた。生成した水素は水上置換法により捕集し、反応開始から24時間後の水素発生量を求めた。
(Examples 1-3)
1 g of a hydrogen generating material consisting only of a hydrogen generating material, which is an aluminum powder shown in Table 1, produced by an atomizing method, and water having various dissolved ion concentrations, ionic conductivity, and hardness shown in Table 2 [manufactured by Calpis Itochu Mineral Water Co. “Evian (registered trademark)” 10 g was placed in a glass sample bottle with an internal volume of 50 cm 3 each, and a resistor was placed outside the sample bottle. The container was heated by energizing the resistor, and the hydrogen generating material was heated to 50 ° C. to react with water to generate hydrogen. The produced hydrogen was collected by a water displacement method, and the amount of hydrogen generated 24 hours after the start of the reaction was determined.
なお、加熱を止めて水素発生材および水を放冷すると、数分後に水素発生が止まることを確認した。 In addition, when heating was stopped and the hydrogen generating material and water were allowed to cool, it was confirmed that hydrogen generation stopped after a few minutes.
また、図4に、実施例1で用いた水素発生物質の粒度分布を表すグラフを示している。図4のグラフは、横軸に水素発生物質の粒径(μm)を、縦軸に頻度(体積%)をとっているが、このグラフから明らかなように、実施例1で用いた水素発生物質は、全てが100μm以下の粒径の粒子(すなわち、100μm以下の粒径の粒子が100質量%)である。 FIG. 4 is a graph showing the particle size distribution of the hydrogen generating material used in Example 1. In the graph of FIG. 4, the horizontal axis represents the particle size (μm) of the hydrogen generating substance, and the vertical axis represents the frequency (volume%). As is clear from this graph, the hydrogen generation used in Example 1 is shown. The substances are all particles having a particle size of 100 μm or less (that is, 100% by mass of particles having a particle size of 100 μm or less).
(実施例4)
水素発生反応に使用する水を、表2に示す各種溶存イオン濃度、イオン伝導度および硬度を有する水[コカ・コーラ社製「森の水だより(登録商標)」]に変更した以外は、実施例3と同様の方法で水素製造を行った。
Example 4
Except for changing the water used for the hydrogen generation reaction to water having various dissolved ion concentrations, ion conductivity and hardness shown in Table 2 [“Mori no Miyori (registered trademark)” manufactured by Coca-Cola Co., Ltd.] Hydrogen production was carried out in the same manner as in Example 3.
(実施例5)
水素発生反応に使用する水を、表2に示す各種溶存イオン濃度、イオン伝導度および硬度を有する水(塩化ナトリウム水溶液)に変更した以外は、実施例3と同様の方法で水素製造を行った。
(Example 5)
Hydrogen production was carried out in the same manner as in Example 3 except that the water used for the hydrogen generation reaction was changed to water having various dissolved ion concentrations, ion conductivity and hardness shown in Table 2 (aqueous sodium chloride solution). .
(実施例6)
水素発生反応に使用する水を、表2に示す各種溶存イオン濃度、イオン伝導度および硬度を有する水(硫酸マグネシウム水溶液)に変更した以外は、実施例3と同様の方法で水素製造を行った。
(Example 6)
Hydrogen was produced in the same manner as in Example 3 except that the water used for the hydrogen generation reaction was changed to water having various dissolved ion concentrations, ionic conductivity, and hardness (magnesium sulfate aqueous solution) shown in Table 2. .
(実施例7)
水素発生反応に使用する水を、表2に示す各種溶存イオン濃度、イオン伝導度および硬度を有する水(クエン酸三ナトリウム水溶液)に変更した以外は、実施例3と同様の方法で水素製造を行った。
(Example 7)
Hydrogen production was carried out in the same manner as in Example 3 except that the water used for the hydrogen generation reaction was changed to water having various dissolved ion concentrations, ionic conductivity and hardness shown in Table 2 (trisodium citrate aqueous solution). went.
(実施例8)
アトマイズ法により作製された平均粒径が55μmのアルミニウム粉末5g、トルエン15g、水1gおよびジルコニア製のビーズ(粒径2mm)85gを、遊星ボールミルの粉砕用ポットに入れ、200rpmの回転速度でアルミニウム粉末を粉砕した。粉砕中に水素が発生したため、10分間回転させた後一旦回転を停止させて、ポット内に発生した水素を放出させた後、再びポットを回転させた。この手順を繰り返して合計1時間ポットを回転させた。その後、トルエンおよび水を減圧乾燥で除去して、表1に示す本実施例の水素発生物質を得た。
(Example 8)
5 g of aluminum powder having an average particle size of 55 μm prepared by the atomization method, 15 g of toluene, 1 g of water and 85 g of beads made of zirconia (
上記粉砕後のアルミニウム粉末からなる水素発生物質を、そのまま水素発生材料としてとして用い、この水素発生材料1gを用いた以外は、実施例1と同様の方法で水素製造を行った。 Hydrogen production was performed in the same manner as in Example 1 except that the hydrogen generating material composed of the pulverized aluminum powder was directly used as a hydrogen generating material, and 1 g of this hydrogen generating material was used.
(実施例9)
アトマイズ法により作製された平均粒径が55μmのアルミニウム粉末6gおよびメタノール:18gを、ジルコニア製のビーズと共に遊星ボールミルの粉砕用ポットに入れ、200rpmの回転速度でポットを回転させることによりアルミニウム粉末を粉砕した。その後、減圧乾燥により溶媒を除去して、表2に示す水素発生物質を得た。粉砕後のアルミニウム粉末(水素発生物質)の平均粒径を、日機装株式会社製「マイクロトラックHRA」を用いてレーザー回折・散乱法により測定したところ、体積基準の積算分率における50%径の値として、いずれも数十μmと求まった。また、走査型電子顕微鏡による観察では、長径が約10〜200μmで、厚みが約0.5〜5μmの金属光沢を有する鱗片状の粒子に変化していることが確認された。従って、上記レーザー回折・散乱法により測定された平均粒径は、アルミニウム粉末の長径の平均を表すものと考えられる。なお、用いたメタノールの含水率は1質量%未満であった。
Example 9
6 g of aluminum powder with an average particle diameter of 55 μm and 18 g of methanol prepared by the atomizing method are put into a planetary ball mill grinding pot together with zirconia beads, and the aluminum powder is pulverized by rotating the pot at a rotation speed of 200 rpm. did. Thereafter, the solvent was removed by drying under reduced pressure to obtain the hydrogen generating materials shown in Table 2. The average particle size of the pulverized aluminum powder (hydrogen generating material) was measured by a laser diffraction / scattering method using “Microtrack HRA” manufactured by Nikkiso Co., Ltd. As a result, the thickness was found to be several tens of micrometers. In addition, observation with a scanning electron microscope confirmed that the particles had changed to scale-like particles having a metallic luster having a major axis of about 10 to 200 μm and a thickness of about 0.5 to 5 μm. Therefore, the average particle diameter measured by the laser diffraction / scattering method is considered to represent the average of the long diameter of the aluminum powder. In addition, the moisture content of the used methanol was less than 1 mass%.
上記粉砕後のアルミニウム粉末からなる水素発生物質を、そのまま水素発生材料としてとして用い、この水素発生材料1gを用いた以外は、実施例1と同様の方法で水素製造を行った。 Hydrogen production was performed in the same manner as in Example 1 except that the hydrogen generating material composed of the pulverized aluminum powder was directly used as a hydrogen generating material, and 1 g of this hydrogen generating material was used.
(比較例1)
水素発生物質を、アトマイズ法により作製された表1に示すアルミニウム粉末に変更した以外は、実施例1と同様の方法で水素製造を行った。
(Comparative Example 1)
Hydrogen production was carried out in the same manner as in Example 1 except that the hydrogen generating material was changed to the aluminum powder shown in Table 1 produced by the atomizing method.
(比較例2)
水素発生反応に使用する水を、表2に示す各種溶存イオン濃度、イオン伝導度および硬度を有する水(塩化カリウム水溶液)に変更した以外は、実施例1と同様の方法で水素製造を行った。
(Comparative Example 2)
Hydrogen was produced in the same manner as in Example 1 except that the water used for the hydrogen generation reaction was changed to water having various dissolved ion concentrations, ionic conductivity, and hardness (potassium chloride aqueous solution) shown in Table 2. .
(比較例3)
水素発生反応に使用する水を、表2に示す各種溶存イオン濃度、イオン伝導度および硬度を有する水[ネスレ・グループ社製「Contrex(登録商標)」]に変更した以外は、実施例1と同様の方法で水素製造を行った。
(Comparative Example 3)
Example 1 except that the water used in the hydrogen generation reaction was changed to water having various dissolved ion concentrations, ion conductivity and hardness shown in Table 2 [“Contrex (registered trademark)” manufactured by Nestle Group, Inc.] Hydrogen production was carried out in the same manner.
実施例1〜9および比較例1〜3の水素発生試験で求められた反応開始から24時間後の水素発生量を表3に示す。 Table 3 shows the amount of hydrogen generated 24 hours after the start of the reaction determined in the hydrogen generation tests of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3.
表3に示すように、本発明の水素製造方法で水素を発生させた実施例1〜9では効率よく水素が発生した。一方、比較例1では、同じ水を用いて水素の製造を行った実施例1〜3に比べて、水素の発生量が少なかった。これは、比較例1で用いた水素発生物質中の100μm以下の粒子の割合が少ないため、水素発生量が低下したと考えられる。また、実施例1に比べて実施例2の方が、そして実施例2に比べて実施例3の方が水素発生量が向上したが、これは平均粒径の減少に起因していると考えられる。更に、実施例1に比べて実施例8の方が、水素発生物質中に金属状態で存在するアルミニウムの含有量が低いにも関わらず、水素発生量が増加しているのは、水素発生物質の平均粒径の減少に起因していると考えられる。また、実施例4〜7では、同じ水素発生物質を用いて反応を行った実施例3よりも水素発生量が多かった。 As shown in Table 3, in Examples 1 to 9 in which hydrogen was generated by the hydrogen production method of the present invention, hydrogen was efficiently generated. On the other hand, in Comparative Example 1, the amount of hydrogen generated was smaller than in Examples 1 to 3 in which hydrogen was produced using the same water. This is presumably because the amount of hydrogen generation decreased because the ratio of particles of 100 μm or less in the hydrogen generating material used in Comparative Example 1 was small. Further, the hydrogen generation amount in Example 2 was improved compared to Example 1 and in Example 3 as compared with Example 2, which is considered to be caused by the decrease in the average particle size. It is done. Furthermore, the hydrogen generation amount in Example 8 is higher than that in Example 1 in spite of the low content of aluminum present in the metal state in the hydrogen generation material. This is thought to be due to the decrease in the average particle size of Moreover, in Examples 4-7, there was more hydrogen generation amount than Example 3 which reacted using the same hydrogen generating substance.
更に、比較例2および3では、同じ水素発生物質を用いて反応を行った実施例1に比べて、水素発生量が少なかった。これは、比較例2では、用いた水のイオン伝導度が大きく、比較例3では、用いた水の溶存硫酸イオン濃度が大きいためであると考えられる。 Furthermore, in Comparative Examples 2 and 3, the amount of hydrogen generation was smaller than that in Example 1 in which the reaction was performed using the same hydrogen generating material. This is considered to be because the ionic conductivity of the used water is large in Comparative Example 2 and the dissolved sulfate ion concentration of the used water is large in Comparative Example 3.
また、実施例9では、厚みが2μmの鱗片状の形状を有する水素発生物質を使用することにより、全実施例の中で水素発生量が最も多い結果を得た。 Moreover, in Example 9, the result with the largest amount of hydrogen generation was obtained in all Examples by using the hydrogen generating substance which has a scale-like shape with a thickness of 2 μm.
(実施例10)
図5に示す装置(燃料カートリッジ。なお、図5は断面図であるが、各構成要素の理解を容易にするため、断面であることを示す斜線は付していない。)を用い、以下の手順により水素を生成させた。実施例1で用いたアルミニウム粉末1.0gと、酸化カルシウム粉末(アルドリッチ社製、平均粒径40μm)1.0gとを乳鉢で混合して、水素発生材料Aを作製した。また、上記アルミニウム粉末19.7gと、上記酸化カルシウム粉末2.5gとを乳鉢で混合して、水素発生材料Bを作製した。
(Example 10)
Using the apparatus shown in FIG. 5 (fuel cartridge. FIG. 5 is a cross-sectional view, but in order to facilitate understanding of each component, the hatching indicating the cross-section is not attached). Hydrogen was generated by the procedure. The hydrogen generating material A was produced by mixing 1.0 g of the aluminum powder used in Example 1 and 1.0 g of calcium oxide powder (Aldrich, average particle size: 40 μm) in a mortar. Further, 19.7 g of the aluminum powder and 2.5 g of the calcium oxide powder were mixed in a mortar to prepare a hydrogen generating material B.
次に、ポリエチレン容器(水素発生物質収容容器1;縦34mm、横34mm、高さ82mm、内容積160cm3)の内部に、吸水材9として脱脂綿を0.1g入れてから、上記水素発生材料A(図5中、2a)2gと、上記水素発生材料B(図5中、2b)22.2gとを、図5に示したように傾斜させて充填した。上記水素発生材料Aと上記水素発生材料Bとの間には、仕切り材としてアルミニウム箔2cを配置した。さらに、上記水素発生材料Bの上に、吸水材11として脱脂綿を0.1g入れた。
Next, 0.1 g of absorbent cotton as a
次に、水を供給するためのアルミニウム製の水供給管5を、その管口部(水供給口6)が上記水素発生材料Aの近傍になるように入れ、水素を導出させるアルミニウム製の水素導出管8を備えたアルミニウム板で蓋をし、水素発生材料A、Bを内部に充填したポリエチレン容器1を得た。そして、ポリエチレン容器1の外周を含むように厚み5mmの発泡スチロール保温材を設置した。
Next, an aluminum
次に、水供給管5の先端(ポリエチレン容器1側とは反対側の先端)に、上記水素発生材料AおよびBに水を供給するためのポンプを設置した。すなわち、上記ポンプを用いて水収容容器(図示しない)から水を供給することによって、まず、水と上記水素発生材料Aに含まれる発熱材料(酸化カルシウム粉末)とが発熱反応し、続いて、水と上記水素発生材料AおよびBに含まれる水素発生物質(アルミニウム粉末)とが水素発生反応を開始することとなる。
Next, a pump for supplying water to the hydrogen generating materials A and B was installed at the tip of the water supply pipe 5 (tip opposite to the
上記ポンプから実施例1で用いたものと同じ水を0.8ml/分の速度で送り出し、上記ポリエチレン容器1の内部に水を供給することによって、水素発生材料に含まれる水素発生物質(アルミニウム粉末)と水とを反応させて水素を発生させた。25℃において、水素が発生しなくなるまで水を供給し、上記水素導出管6から水素を捕集した。その結果、効率よく水素が発生し、最終的に、水素発生物質の全量が反応したときの水素発生量の理論値(室温で約1360ml)の80%の水素を取り出すことができた。
By supplying the same water as used in Example 1 from the pump at a rate of 0.8 ml / min and supplying water into the
このときのポリエチレン容器1の外表面(缶表面温度)の最高温度、すなわち水素発生材料の反応温度は、最高で95℃だった。なお、水素はほぼ一定の発生速度で連続的に発生し、水の供給を停止すると、水素の発生は数分後に止まることも確認された。
At this time, the maximum temperature of the outer surface (can surface temperature) of the
(比較例4)
使用する水を、比較例3で用いたものと同じ水に変更した以外は、実施例10と同様にして水素の製造を行い、水素発生量を測定した。
(Comparative Example 4)
Hydrogen was produced in the same manner as in Example 10 except that the water used was the same as that used in Comparative Example 3, and the amount of hydrogen generated was measured.
その結果、最終的に、水素発生物質の全量が反応したときの水素発生量の理論値(室温で約1360ml)の68%の水素しか取り出すことができなかった。使用した水の溶存硫酸イオン濃度が高すぎて、水供給口6付近に難水溶性の硫酸塩が堆積し、水の供給がスムーズに行われなかったためと考えられる。
As a result, only 68% of the theoretical value (about 1360 ml at room temperature) of the hydrogen generation amount when the total amount of the hydrogen generating substance reacted was finally extracted. This is probably because the dissolved sulfuric acid ion concentration of the water used was too high, and poorly water-soluble sulfates were deposited in the vicinity of the
(実施例11)
図6に示すように、PEFC200と燃料カートリッジ300とを接続して燃料電池発電システムを構成し、燃料カートリッジ300において実施例10と同様にして製造した水素を、PEFC200の負極に供給して発電試験を行った。燃料カートリッジ300は、図5に示すもの(実施例10で使用したもの)と同じものである。なお、図6は、燃料電池発電システムの構成を示す断面図であるが、各構成要素の理解を容易にするために、一部の構成要素については、断面であることを示す斜線は付していない。
(Example 11)
As shown in FIG. 6, a
図6に示す燃料電池発電システムに用いたPEFC200は、MEA(電極・電解質一体化物)100を、ガス漏れ抑制のためのシール材15(シリコンゴム)と、正極集電板13(縦7mm、横7mm、高さ2mm)および負極集電板14(縦7mm、横7mm、高さ2mm)で挟み込んで構成されたものである。そして、MEA100の正極および負極には、カーボンクロス上にPt担持カーボンを塗布した電極(E−TEK社製「LT140E−W」、Pt量:0.5mg/cm2)を用いた。また、固体電解質膜には、デュポン社製「ナフィオン112(商品名)」を用いた。電極面積は10cm2とした。正極集電板13には、大気から正極へ酸素を取り込むために空気孔13aが設けられている。また、負極集電板14には、燃料カートリッジで発生した水素を負極へ取り込むための水素導入孔14aが設けられている。正極集電板13、負極集電板14、正極リード線16および負極リード線17には、SUS304に金メッキを施したものを用いた。
The
そして、PEFC200と燃料カートリッジ300とは、水素導出管18を介して連結し、この水素導出管18を通じて、燃料カートリッジ300で製造された水素が、PEFC200に供給されるようにした。
The
上記の発電試験の結果、室温で200W/cm2という高い出力が得られ、小型、可搬型燃料電池の水素供給方法として有効であることが分かった。 As a result of the above power generation test, it was found that a high output of 200 W / cm 2 was obtained at room temperature, which was effective as a hydrogen supply method for a small-sized and portable fuel cell.
1 水素発生物質収容容器
3 水収容容器
5 水供給管
8 水素導出管
12 気液分離部
200 固体高分子型燃料電池
DESCRIPTION OF
Claims (14)
溶存硫酸イオン濃度が700ppm以下であり、かつ25℃におけるイオン伝導度が10〜2200μS/cmの水とを反応させて水素を発生させることを特徴とする水素製造方法。 80% by mass or more of particles containing at least one metal selected from the group consisting of aluminum, silicon, zinc, magnesium, and an alloy mainly composed of one or more of these metal elements and having a particle size of 100 μm or less Containing hydrogen generating materials; and
A hydrogen production method, wherein hydrogen is generated by reacting with water having a dissolved sulfate ion concentration of 700 ppm or less and an ionic conductivity at 25 ° C. of 10 to 2200 μS / cm.
上記水素発生物質収容容器内で、発熱材料を偏在させて配置する請求項10に記載の水素製造方法。 A hydrogen generating substance storage container for storing a hydrogen generating substance and reacting the hydrogen generating substance with water, a water storage container for storing water to be supplied to the hydrogen generating substance storage container, and the water storage container A hydrogen production apparatus having a water supply pipe for supplying water to the hydrogen generating substance containing container from
The method for producing hydrogen according to claim 10, wherein the heat generating material is arranged unevenly in the hydrogen generating substance storage container.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006159490A JP2007326742A (en) | 2006-06-08 | 2006-06-08 | Manufacturing method of hydrogen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006159490A JP2007326742A (en) | 2006-06-08 | 2006-06-08 | Manufacturing method of hydrogen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007326742A true JP2007326742A (en) | 2007-12-20 |
Family
ID=38927482
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006159490A Withdrawn JP2007326742A (en) | 2006-06-08 | 2006-06-08 | Manufacturing method of hydrogen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007326742A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011058317A1 (en) | 2009-11-12 | 2011-05-19 | Isis Innovation Limited | Preparation of silicon for fast generation of hydrogen through reaction with water |
US8821834B2 (en) | 2008-12-23 | 2014-09-02 | Societe Bic | Hydrogen generator with aerogel catalyst |
JP2016047789A (en) * | 2014-08-28 | 2016-04-07 | 国立大学法人広島大学 | Method for producing hydrogen |
JP2017141157A (en) * | 2012-02-17 | 2017-08-17 | シオノケミカル株式会社 | Manufacturing method of hydrogen or deuterium |
US9751759B2 (en) | 2012-10-01 | 2017-09-05 | Oxford University Innovation Limited | Composition for hydrogen generation |
CN108075157A (en) * | 2018-01-23 | 2018-05-25 | 湖北工业大学 | A kind of portable fuel battery hydrogen making and hydrogen supply system and its application method |
JP2018143770A (en) * | 2017-03-08 | 2018-09-20 | 株式会社環境技研 | Cartridge, hydrogen gas absorber and hydrogen gas generating mixture |
-
2006
- 2006-06-08 JP JP2006159490A patent/JP2007326742A/en not_active Withdrawn
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8821834B2 (en) | 2008-12-23 | 2014-09-02 | Societe Bic | Hydrogen generator with aerogel catalyst |
WO2011058317A1 (en) | 2009-11-12 | 2011-05-19 | Isis Innovation Limited | Preparation of silicon for fast generation of hydrogen through reaction with water |
JP2017141157A (en) * | 2012-02-17 | 2017-08-17 | シオノケミカル株式会社 | Manufacturing method of hydrogen or deuterium |
US9751759B2 (en) | 2012-10-01 | 2017-09-05 | Oxford University Innovation Limited | Composition for hydrogen generation |
JP2016047789A (en) * | 2014-08-28 | 2016-04-07 | 国立大学法人広島大学 | Method for producing hydrogen |
JP2018143770A (en) * | 2017-03-08 | 2018-09-20 | 株式会社環境技研 | Cartridge, hydrogen gas absorber and hydrogen gas generating mixture |
WO2019171639A1 (en) * | 2017-03-08 | 2019-09-12 | 株式会社環境技研 | Cartridge, hydrogen gas inhaler, and hydrogen-gas-generating mixture |
CN108075157A (en) * | 2018-01-23 | 2018-05-25 | 湖北工业大学 | A kind of portable fuel battery hydrogen making and hydrogen supply system and its application method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7695709B2 (en) | Hydrogen generating material and method for producing the same, and method for producing hydrogen | |
US7883805B2 (en) | Hydrogen generating material, hydrogen generator and fuel cell | |
JP4761248B2 (en) | Hydrogen generating material and method for producing hydrogen generating material | |
JP4947718B2 (en) | Hydrogen generating material and hydrogen generating apparatus | |
US8021793B2 (en) | Hydrogen producing apparatus and fuel cell system using the same | |
JP2007326742A (en) | Manufacturing method of hydrogen | |
JP2006306700A (en) | Hydrogen generating material, hydrogen generator and fuel cell | |
JP2007326731A (en) | Manufacturing method of hydrogen | |
JPWO2009031578A1 (en) | Hydrogen generating material composition, hydrogen generating material molded body, and method for producing hydrogen | |
JP2005243617A (en) | Hydrogen supply method, its device, and portable equipment mounting fuel cell | |
JP2011121826A (en) | Manufacturing method for hydrogen and manufacturing device of hydrogen and fuel cell system | |
JP4574487B2 (en) | Hydrogen production method, hydrogen production apparatus and power supply | |
JP2006273609A (en) | Hydrogen generator and fuel cell using the same | |
JP4537337B2 (en) | Hydrogen generating material, method for producing hydrogen generating material, method for producing hydrogen, hydrogen producing apparatus and fuel cell | |
WO2009107779A1 (en) | Hydrogen generator | |
JP2008273758A (en) | Hydrogen generating material composition and hydrogen generating apparatus | |
JP2007290888A (en) | Method for producing hydrogen | |
JP2007317496A (en) | Fuel cell power generation system | |
JP2010001188A (en) | Hydrogen production apparatus and fuel cell | |
JP2009203103A (en) | Hydrogen generating device | |
JP2010265137A (en) | Method and apparatus for producing hydrogen | |
JP2007119323A (en) | Hydrogen production apparatus | |
JP2012017219A (en) | Apparatus for producing hydrogen | |
JP2012046379A (en) | Hydrogen generating material composition and hydrogen generator | |
JP2009190935A (en) | Method for producing hydrogen, and hydrogen production device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090416 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20110519 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20110526 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20110721 |