JP2010215484A - 固体水素燃料並びにその製造方法及びその使用方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも一つの水素化物粉末と、少なくとも一つの水素放出触媒粉末とを十分に混合する。次に、混合粉末を加圧により結合させてブロックにする。使用の際、該ブロック状固体水素燃料Fを水と混合する。水素化物粉末及び水が水素放出反応を起こし、水素を生成する。好ましい水素化物は、水素化ホウ素ナトリウムであり、好ましい水素放出触媒粉末は、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン及び銅から成る群より選択される1つ又は複数を含む複数の固体金属ナノ粒子である。該水素放出触媒粉末は、水素放出反応を触媒して水素を生成するのに使用される。該固体水素燃料は、より高い水素生成量を有し、水素を完全に放出することができる。
【選択図】図3
Description
本願は、2009年3月13日付で出願された台湾特許出願第98108327号明細書(この主題は参照により本明細書中に援用される)の利益を主張している。
本発明の実施形態において、燃料電池で用いられる水素を生成するための固体水素燃料が提供される。固体水素化物粉末と触媒粉末とは十分に混合され、固体水素燃料を形成する。固体水素燃料と水とは混合され、化学式(1)に示されるように水素を生成する。この水素放出量は高い。それゆえ、固体水素燃料は高出力燃料電池に適用することができる。その上、従来の水素化物溶液と比べて、固体水素化物の水素生成量は従来の液体水素化物の水素生成量よりも高い(従来の液体水素化物の理論的な生成は4.6wt%にしか達し得ない)。さらに、粉末は加圧によりブロックに成形された後、ブロックは輸送が容易となり、様々な形態に成形されることができる。ブロックをシステム及び製品の機構設計に適合させることは難しくなく、このためこの製品を使用しようというユーザーの意欲をさらに高める。
本発明の実施形態では、固体水素燃料を製造する方法が提供される。しかしながら、本発明はこれに限定されない。本方法を実用用途の条件に応じて変更することができることは本発明の当業者により理解され得る。固体水素燃料を製造する方法は次の工程を含む。初めに、第1の水素化物粉末及び水素放出触媒粉末が準備される。第1の水素化物粉末及び水素放出触媒粉末の組成及び割合については上記を参照されたい。
本発明の実施形態では、燃料電池における水素を生成する方法が提供される。本方法は次の工程を含む。初めに、固体水素燃料が燃料電池に供給される。固体水素燃料は、十分に混合された、少なくとも一つの水素化物粉末及び水素放出触媒粉末を含む。この混合粉末を加圧により選択的に結合させる。
Claims (44)
- 水と反応して水素放出反応を起こして水素を生成することができる少なくとも一つの水素化物粉末と、
前記水素化物粉末と十分に混合され前記水素放出反応を触媒する少なくとも一つの水素放出触媒粉末と、
を含む、固体水素燃料。 - 前記水素化物粉末及び前記水素放出触媒粉末が、加圧により固体ブロックに成形された、請求項1に記載の固体水素燃料。
- 前記水素化物粉末が水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)である、請求項1に記載の固体水素燃料。
- 第1の水素化物粉末と、第2の水素化物粉末と、少なくとも一つの前記水素放出触媒粉末とを含み、前記第2の水素化物粉末が前記第1の水素化物粉末及び前記水素放出触媒粉末と十分に混合され、且つ前記第1の水素化物粉末及び前記第2の水素化物粉末がそれぞれ水と反応して第1の水素放出反応及び第2の水素放出反応を起こし、水素を生成する、請求項1に記載の固体水素燃料。
- 前記固体水素燃料の総重量に対する前記第2の水素化物粉末の割合が0.001wt%〜50wt%である、請求項4に記載の固体水素燃料。
- 前記第1の水素化物粉末が水素化ホウ素ナトリウムであり、前記第2の水素化物粉末が、水素化アルミニウムリチウム、水素化アルミニウムナトリウム、水素化アルミニウムマグネシウム、水素化アルミニウムカルシウム、水素化ホウ素リチウム、水素化ホウ素カリウム、水素化ホウ素ベリリウム、水素化ホウ素マグネシウム、水素化ホウ素カルシウム、水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化マグネシウム及び水素化カルシウムから成る群より選択される、請求項4に記載の固体水素燃料。
- 前記固体水素燃料の総重量に対する前記水素放出触媒粉末の割合が0.001wt%〜50wt%である、請求項1に記載の固体水素燃料。
- 前記水素放出触媒粉末が、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン及び銅から成る群より選択される少なくとも1つ又は複数から成る複数の金属ナノ粒子である、請求項1に記載の固体水素燃料。
- 前記水素放出触媒粉末が、複数の触媒キャリアと、金属ナノ粒子とを含み、前記金属ナノ粒子が前記触媒キャリアの表面を被覆し、且つ前記金属ナノ粒子が、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン及び銅から成る群より選択される少なくとも1つ又は複数を含む、請求項1に記載の固体水素燃料。
- 前記水素放出触媒粉末の平均粒子径が約1μm〜10mmである、請求項9に記載の固体水素燃料。
- 前記水素放出触媒粉末が、複数の触媒キャリアと、金属イオンとを含み、前記金属イオンが前記触媒キャリアの表面をキレートし、且つ該金属イオンが、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン及び銅から成る群より選択される少なくとも1つ又は複数を含む、請求項1に記載の固体水素燃料。
- 前記水素放出触媒粉末の平均粒子径が約1μm〜10mmである、請求項11に記載の固体水素燃料。
- 固体水素燃料を製造する方法であって、
水と反応して水素放出反応を起こして水素を生成することができる少なくとも一つの水素化物粉末と、
前記水素化物粉末と十分に混合され前記水素放出反応を触媒する少なくとも一つの水素放出触媒粉末とを準備すること、
前記固体水素化物粉末と、前記固体水素放出触媒粉末とを十分に混合すること、
を含む、固体水素燃料を製造する方法。 - 十分に混合された前記固体水素化物粉末及び前記固体水素放出触媒粉末を、加圧により固体ブロックに成形する工程をさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 前記固体水素化物粉末が水素化ホウ素ナトリウムである、請求項13に記載の方法。
- 第1の固体水素化物粉末と、第2の固体水素化物粉末と、少なくとも一つの前記固体水素放出触媒粉末とを準備すること、及び
前記第1の固体水素化物粉末と、前記第2の固体水素化物粉末と、少なくとも一つの前記固体水素放出触媒粉末とを十分に混合すること、
をさらに含む、請求項15に記載の方法。 - 十分に混合された前記第1の固体水素化物粉末及び前記第2の固体水素化物粉末、並びに前記固体水素放出触媒粉末を、加圧により固体ブロックに成形する工程をさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 前記固体水素燃料の総重量に対する前記第2の固体水素化物粉末の割合が0.001wt%〜50wt%である、請求項16に記載の方法。
- 前記第1の固体水素化物粉末が水素化ホウ素ナトリウムであり、且つ前記第2の水素化物粉末が、水素化アルミニウムリチウム、水素化アルミニウムナトリウム、水素化アルミニウムマグネシウム、水素化アルミニウムカルシウム、水素化ホウ素リチウム、水素化ホウ素カリウム、水素化ホウ素ベリリウム、水素化ホウ素マグネシウム、水素化ホウ素カルシウム、水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化マグネシウム及び水素化カルシウムから成る群より選択される、請求項16に記載の方法。
- 総重量に対する前記固体水素放出触媒粉末の割合が0.0001wt%〜50wt%である、請求項13に記載の方法。
- 前記固体水素放出触媒粉末が、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン及び銅から成る群より選択される1つ又は複数を含む複数の固体金属ナノ粒子である、請求項13に記載の方法。
- 前記固体水素放出触媒粉末が、複数の触媒キャリアと、前記触媒キャリアの表面を被覆する金属ナノ粒子とを含み、且つ前記金属ナノ粒子が、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン及び銅から成る群より選択される1つ又は複数を含む、請求項13に記載の方法。
- 前記固体水素放出触媒粉末の平均粒子径が約1μm〜10mmである、請求項22に記載の方法。
- 前記固体水素放出触媒粉末が、複数の触媒キャリアと、金属イオンとを含み、前記金属イオンが該触媒キャリアの表面をキレートし、且つ該金属イオンが、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン及び銅から成る群より選択される1つ又は複数を含む、請求項13に記載の方法。
- 前記固体水素放出触媒粉末の平均粒子径が約1μm〜10mmである、請求項24に記載の方法。
- 前記固体水素化物粉末及び前記固体水素放出触媒粉末が製粉によって十分に混合される、請求項13に記載の方法。
- 前記固体水素放出触媒粉末が製粉された後に、前記固体水素化物粉末と該固体水素放出触媒粉末とが十分に混合される、請求項13に記載の方法。
- 燃料電池に適用することができる固体水素燃料を使用する方法であって、
少なくとも一つの水素化物粉末と少なくとも一つの水素放出触媒粉末とを含み、それらが十分に混合された固体水素燃料を準備すること、及び
前記固体水素燃料を水と混合することであって、前記水素化物粉末及び前記水が水素放出反応を起こし、前記水素放出触媒粉末は前記水素放出反応を触媒して前記燃料電池の電極用の水素を生成するために使用されること、
を含む方法。 - 前記水素化物粉末が水素化ホウ素ナトリウムである、請求項28に記載の方法。
- 前記固体水素燃料が、十分に混合された前記水素化物粉末と前記水素放出触媒粉末とを含む加圧成形ブロックである、請求項28に記載の方法。
- 前記固体水素燃料と水とを混合する工程が、水の添加量により前記水素放出反応を制御する工程をさらに含む、請求項30に記載の方法。
- 前記水素放出反応の水素生成量が、前記固体水素燃料が使用された場合の理論値の90%に達する、請求項30に記載の方法。
- 前記水素放出反応が完了した後に、前記水素放出触媒粉末を再利用する工程をさらに含む、請求項28に記載の方法。
- スクリーニング法又は磁気回収によって前記水素放出触媒粉末を再利用することをさらに含む、請求項33に記載の方法。
- 前記固体水素燃料が、第1の水素化物粉末と、第2の水素化物粉末とを含み、且つ前記方法が、前記第1の水素化物粉末と、前記第2の水素化物粉末と、並びに少なくとも一つの前記水素放出触媒粉末とを十分に混合することを含む、請求項28に記載の方法。
- 前記固体水素燃料と前記水とを混合する工程において、前記第1の水素化物粉末及び前記水が第1の水素放出反応を起こし、且つ前記第2の水素化物粉末及び前記水が第2の水素放出反応を起こす、請求項35に記載の方法。
- 前記固体水素燃料の総重量に対する前記第2の水素化物粉末の割合が0.001wt%〜50wt%である、請求項35に記載の方法。
- 前記第1の水素化物粉末が水素化ホウ素ナトリウムであり、且つ前記第2の水素化物粉末が、水素化アルミニウムリチウム、水素化アルミニウムナトリウム、水素化アルミニウムマグネシウム、水素化アルミニウムカルシウム、水素化ホウ素リチウム、水素化ホウ素カリウム、水素化ホウ素ベリリウム、水素化ホウ素マグネシウム、水素化ホウ素カルシウム、水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化マグネシウム及び水素化カルシウムから成る群より選択される、請求項35に記載の方法。
- 前記固体水素燃料の総重量に対する前記水素放出触媒粉末の割合が0.0001wt%〜50wt%である、請求項28に記載の方法。
- 前記水素放出触媒粉末が、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン及び銅から成る群より選択される1つ又は複数を含む複数の金属ナノ粒子である、請求項28に記載の方法。
- 前記水素放出触媒粉末が、複数の触媒キャリアと、前記触媒キャリアの表面を被覆する金属ナノ粒子とを含み、且つ前記金属ナノ粒子が、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン及び銅から成る群より選択される少なくとも1つ又は複数を含む、請求項28に記載の方法。
- 前記水素放出触媒粉末の平均粒子径が約1μm〜10mmである、請求項41に記載の方法。
- 前記水素放出触媒粉末が、複数の触媒キャリアと、前記触媒キャリアの表面をキレートする金属イオンとを含み、且つ前記金属イオンが、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン及び銅から成る群より選択される少なくとも1つ又は複数を含む、請求項28に記載の方法。
- 前記水素放出触媒粉末の平均粒子径が約1μm〜10mmである、請求項43に記載の方法。
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