JP2011121856A

JP2011121856A - 水素化合物から放出される水素のオン−オフおよび調整方法

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Publication number: JP2011121856A
Application number: JP2010192774A
Authority: JP
Inventors: Jie-Ren Ku; クチエ−レン; Chan-Li Hsueh; シュエチャン−リ; Cheng-Yen Chen; チェンチェン−イェン; Ming-Shan Jeng; ジェンミン−シャン; Fang-Hei Tsau; ツァウファン−ヘイ
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2011-06-23
Also published as: US20110142754A1

Abstract

【課題】水素化合物から放出される水素のオン−オフおよび調整方法を提供する。
【解決手段】水素放出のオン−オフは反応物間の接触−非接触操作により制御される。まず、少なくとも水素化物粉末、触媒粉末、および水を含む反応物が供給され、前記３つのうち少なくとも２つが混ぜ合わされて混合物が形成される。水素ガスは、混合物と、水素化物粉末、触媒粉末、および水を含む反応物のうち混合物を除いた残りの物質との間の接触領域を調整することで生成される。水素放出反応は、前記混合物と前記残りの物質との間が非接触状態にある場合、停止する。または、抑制剤または抑制方法が水素放出反応の抑制または停止に使用される。水素放出速度は、抑制の大きさに基づいて制御および調整できる。
【選択図】図３Ａ

Description

本開示は、概して水素化合物から放出される水素のオン−オフおよび調整方法に関し、より詳細には、水素を「接触−非接触」を介して放出しオン−オフ制御を行う方法に関する。

［関連出願の相互参照］
本願は、２００９年１２月１０日付で出願された米国仮出願６１／２８５，４６７号明細書、２０１０年７月６日付で出願された台湾特許出願第０９９１２２２４３号明細書、および２０１０年８月３日付で出願された中国特許出願第２０１０１０２４３２８１．５号明細書（これら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。

燃料電池は、化学エネルギーを電気エネルギーに転換することが可能な装置である。燃料及び酸化剤が絶えず供給されている間、燃料電池は電気エネルギーを連続的に発生させることができる。水素燃料電池においては、燃料は水素であり、酸化剤は酸素である。水素電池における従来の水素生成システムは、水素生成システムを制御するためのモーター、センサー、論理回路等の複雑な部品を多数含むよう設計されていた。

図１は、従来の能動的水素生成システムを示す。図１の水素生成システムにおいては、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ_４）溶液が水素源として使用される。従来の水素生成システムは、水素を水素化ホウ素ナトリウムから取り出して水素を燃料電池に供給するのに使用される。図１に示されるように、水素生成システムは、ポンプ１１、燃料タンク１２、触媒床１３、使用済燃料蓄積タンク１５、気体液体分離器１６、圧力センサー１７、およびコントローラ１８を含む。ポンプ１１は液体燃料、すなわち燃料タンク１２内の水素化ホウ素ナトリウム溶液を触媒床１３へ移動させる。水素化ホウ素ナトリウム溶液および水による水素放出反応は、触媒床により触媒される。化学式（１）は次の通りである。

水素が放出された後、水素化ホウ素ナトリウム溶液の加水分解による生成物、すなわち過ホウ酸ナトリウム溶液は、比重の違いにより水素から分離されて触媒床から抽出される。抽出された過ホウ酸ナトリウム溶液は使用済燃料蓄積タンク１５へ移される。また、水素は気体液体分離器１６の上部の排出口１６１を通して放出されて使用される。気体液体分離器１６の上部に設けられる圧力センサー１７は、直ちに水素の圧力を測定する。また、圧力センサー１７はコントローラ１８と電気的に接続される。

従来の水素生成システムにおいては、その動作が開始されるとコントローラ１８は圧力センサー１７において検出された水素の圧力に基づいてポンプ１１を制御して、さらなる水素の生成を行う。例えば圧力センサー１７が水素の圧力が不十分であることを検出すると、ポンプ１１は燃料タンク１２内の水素化ホウ素ナトリウム溶液を移動させる。その結果、水素の生成速度および水素の圧力は適切に調整、制御される。

図２は、従来の受動的水素生成システムを示す。図２の受動的水素生成システムより生成された水素は、塩酸（ＨＣｌ）によって水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ_４）の加水分解を促すための、圧力の変化に基づくものである。ＮａＢＨ_４がＨＣｌを用い中和されると、水素を生成する反応は速度を高める。十分な水素量によって引き起こされる圧力が、ＮａＢＨ_４とＨＣｌの接触を止める予め定められた値にまで増加するとき、水素を生成する反応は停止する。図２に示されるように、２つの加圧室、固体のＮａＢＨ_４により満たされた一の加圧室（ＮａＢＨ_４加圧室２４と呼ばれる）、およびＨＣｌの水溶液により満たされたもう一つの加圧室（ＨＣｌ加圧室２５と呼ばれる）は、互いに細いチューブで接続される。システム内に水素を流すことによって、第１のバルブ（すなわち調整弁）２３１によって設定された値よりわずかに高い圧力に達せられる、一方、第１のバルブ２３１は開かれ、ＮａＢＨ_４とＨＣｌは接触していない。第３のバルブ２３３（すなわち出口弁）を開くことで、圧力の減少を引き起こす。圧力が設定値より低くなると、第１のバルブ２３１が閉じられる。さらなる圧力低下（第１のバルブ２３１が閉じられている間、第３のバルブ２３３が開かれたまま）は、ＮａＢＨ_４加圧室２４内の圧力がＨＣｌ加圧室２５内の圧力よりも低いこととなるので、酸性溶液であるＨＣｌを、ＮａＢＨ_４と接触し水素を生成させるＮａＢＨ_４加圧室２４に流入することを強いる。生成された水素は第３のバルブを通じて排出される。第３のバルブ（すなわち出口弁）２３３が閉じられると、生成された水素はＮａＢＨ_４加圧室２４において過圧状態になるため（すなわちＮａＢＨ_４加圧室２４内の圧力がＨＣｌ加圧室２５内の圧力よりも高くなるため）、酸性溶液であるＨＣｌは戻され、反応は停止される。よって、第３のバルブ２３３の開閉により反応の開始／停止の制御が行われる。第２のバルブ２３２は安全バルブである。もしシステム内の圧力が第２のバルブ２３２における設定値に達すると、生成された水素の余剰分は排出されて、危険な過圧状態は回避される。

しかしながら、これら上述された従来の水素生成システムは全て、巨大な寸法および重量を有する複雑な機構デザインを含んでおり、巨大であるために、日常の利用のために持ち運ぶことは容易ではない。

「マイクロカートリッジ型水素生成器」と題された台湾特許出願９６１２１４９３号においては、水素燃料として固体の水素化物を使用し、触媒を保持する加圧室を有する、水素放出速度の制御および安定化のための水素生成器が開示されている。この水素生成器は巨大な寸法および重量を有する複雑な機構デザインを含んでおり、巨大であるために、日常の利用のために持ち運ぶことは容易ではない。また、出願人は、ポリマー材料内で一様に分散された固体水素および固体触媒の混合物を砕いた材料を用いた柔軟な固体水素燃料を開示している（台湾特許出願９８１０８２０５号）。この柔軟な固体水素燃料は、さらにさまざまな幾何学的形状に変形されて適切な容器に収められる。水もしくは適当な溶液が容器に加えられ固体水素燃料と反応すると、水素が安定かつ大量に放出される。さらに、出願人は、固体水（solid water）を使用する、使用の際の水もしくは液体の漏れを回避する水素供給装置を開示している（台湾特許出願９８１１２６１９号）。水は、その高い熱容量により水素放出反応で発生する熱を吸収する。

本開示は、水素化合物から放出される水素のオン−オフおよび調整方法に関する。水素は反応物質間の「接触−非接触」を介して生成され、これによりオン−オフ制御が行われる。

本開示の第１の特徴によれば、水素化合物から水素を放出する方法が提供される。まず、少なくとも、水素化合物粉末、触媒粉末、および水を含む反応物が準備される。そして水素化合物粉末、触媒粉末、および水を含む反応物のいずれか２つが混合されて混合物が形成される。次に、その混合物と、水素化合物粉末、触媒粉末、および水を含む反応物の残りの１つ（残存物）との間の接触領域が水素放出反応を制御するために調整される。混合物と残存物とが接触状態にある時、水素化物粉末は水を含む反応物と反応して水素放出反応を起こし、触媒粉末が水素放出反応を触媒する。

本開示は、好ましいが非限定的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかとなる。以下の説明は添付の図面を参照して為される。

従来の能動的水素生成システムを示す図である。従来の受動的水素生成システムを示す図である。本開示の実施形態に係る、反応物間の接触−非接触を介して水素生成反応のオン−オフを切り替える実験装置を簡潔に示す図である。本開示の実施形態に係る、反応物間の接触−非接触を介して水素生成反応のオン−オフを切り替える実験装置を簡潔に示す図である。１ステージにおいて水素放出反応のオン−オフを切り替える実験の結果を示す図である。２ステージにおいて水素放出反応のオン−オフを切り替える他の実験の結果を示す図である。本開示の他の実施形態に係る、反応物間の接触−反応の抑制を介して水素生成反応のオン−オフを切り替える実験装置を簡潔に示す図である。

本開示の実施形態において、水素化合物から放出される水素のオン−オフおよび調整方法が提供される。水素は、反応のオン−オフを切り替えるための反応物間の接触−非接触を介して生成される。あるいは水素放出反応の抑制もしくは停止には、抑制剤もしくは抑制手法が用いられてもよい。

実施形態において、水素化物から放出される水素のオン−オフおよび調整方法が示される。また、実施形態は、関連する実験も参照のうえ記述される。しかしながら、実施形態において示される、水素を供給するための化合物、材料、およびステップは本願発明を限定するものではない。変更および改良は本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、実用的な要求に応じてなされうるものである。

実施形態において、水素放出反応のオン−オフ制御は反応物間の接触−非接触の制御を介して行われる。水素は反応物間の接触領域の調整に基づいて生成される。接触領域が大きくなるにつれ、水素の放出速度は速くなる。反応物間が接触状態にある時、水素化物粉末は（水を含む反応物からの）水と反応して水素放出反応を引き起こし、そして触媒粉末は水素放出反応を触媒する。反応物間が非接触状態にある時、水素放出反応は停止し、水素の生成は止まる。

ここで、反応物は少なくとも水素化物粉末、触媒粉末、および水を含む反応物を含む。そしてこれら水素化物粉末、触媒粉末、および水を含む反応物のいずれか２つが選択されて、残る１つとの間で接触又は非接触とされる。水素化物粉末および触媒粉末は、固体水素燃料としてみなされる。一実施形態において、水素化物粉末、触媒粉末、および水を含む反応物のいずれか２つから混合物が形成され、この混合物と残る反応物との間での接触を介して、水素を生成させる水素放出反応が制御される。接触状態においては、水素化物粉末と水を含む反応物とは、触媒粉末によって触媒される水素放出反応を引き起こす。一実施形態においては、混合物と残る反応物との間の接触領域の大きさは水素の生成速度と実質的には比例関係にある。例えば、混合物と残る反応物との間の接触領域が接触領域全体の半分より大きい場合、水素の生成速度は設計上の最大速度の理論値の半分より大きくなる。

一実施形態において、水素化物粉末と触媒粉末は別々に製粉され、それらを混合物として十分に混合されることとしてもよい。または、水素粉末と触媒粉末とが同時に製粉されて混合されることとしてもよい。十分に混合された水素化物粉末と触媒粉末とを含む混合物はプレスされて固体ブロックを形成する。「製粉」もしくは「個々に製粉した後に混ぜ合わせる」処理は、多様な種類のクラッシャ（粉砕機）、マラー（粉砕機）、ミル（製粉機）、および製粉装置により行うこととしてもよい。この固体ブロックが水を含む反応物と接触すると、水素放出反応が活性化されて（すなわち「オン」となって）、水素を生成する。混合物と残る反応物との間の実際の接触領域が最大の接触領域の１／２より大きい場合、水素の生成速度は設計上の最大速度の理論値の半分より大きくなる。固体ブロックと水を含む反応物とが非接触状態にあるとき、水素放出反応は停止されて（すなわち「オフ」となって）、水素の生成を止める。水を含む反応物はゲル水（water gel）としてもよく、使用前には前処理が施される。例えば、このゲル水を固体ブロックと接触させる前に、ゲル水を収めている容器に対し水が加えられる。

別の実施形態においては、水素化物粉末と水を含む反応物とは別々に製粉され、それらを混合物として十分に混合されることとしてもよい。十分に混合された水素化物粉末と水を含む反応物とを含む混合物はプレスされて固体ブロックを形成する。同様に、この固体ブロックが触媒粉末と接触すると、水素放出反応が活性化されて（すなわち「オン」となって）、水素を生成する。固体ブロックと触媒粉末とが非接触状態にあるとき、水素放出反応は停止されて（すなわち「オフ」となって）、水素の生成を止める。触媒粉末は高価であるため、この方法において触媒粉末はリサイクルされて再び使用される。これはコストを削減するだけでなく、環境資源の保護にもなる。これにより、触媒粉末のリサイクルは促進されている。

一実施形態において、水素化物粉末は、水素化ホウ素、窒化水素（nitrogen hydride）、炭化水素、金属水素化物、ニトロジェンボロハイドライド（nitrogen borohydride）、カーボンボロハイドライド（carbon borohydride）、ニトロジェンカーボンハイドライド（nitrogen carbon hydride）、メタルボロハイドライド（metal borohydride）、メタルニトロジェンハイドライド（metal nitrogen hydride）、メタルカーボンハイドライド（metal carbon hydride）、メタルニトロジェンボロハイドライド（metal nitrogen borohydride）、メタルカーボンボロハイドライド（metal carbon borohydride）、メタルニトロジェンカーボンハイドライド（metal nitrogen carbon hydride）、ニトロジェンカーボンボロハイドライド（nitrogen carbon borohydride）、メタルニトロジェンカーボンボロハイドライド（metal nitrogen carbon borohydride）、またはそれらの組合せであることとしてもよい。水素化物粉末の例としては、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH₄)、水素化アルミニウムリチウム(LiAlH₄)、水素化アルミニウムナトリウム(NaAlH₄)、水素化アルミニウムマグネシウム(Mg(AlH₄)₂)、水素化アルミニウムカルシウム(Ca(AlH₄)₂)、水素化ホウ素リチウム(LiBH₄)、水素化ホウ素カリウム(KBH₄)、水素化ホウ素ベリリウム(Be(BH₄)₂)、水素化ホウ素マグネシウム(Mg(BH₄)₂)、水素化ホウ素カルシウム(Ca(BH₄)₂)、水素化リチウム(LiH)、水素化ナトリウム(NaH)、水素化マグネシウム(MgH₂)、または水素化カルシウム(CaH₂)を含む。

他の実施形態においては、水素化物粉末は、水素化物または化学式BxNyHzで表わされる化合物である。化学式BxNyHzで表わされる化合物の例としては、アンモニアボラン(H3BNH3)、ジボラン、H₂B(NH₃)₂BH₄、ポリアミンボラン、ボラジン(B₃N₃H₆)、ボラン−テトラヒドロフランコンプレックス、およびジボラン類を含む。

一実施形態において、触媒粉末は、固体酸、または、ルテニウム、コバルト、ニッケル、銅、および鉄の少なくとも一つを含む金属塩、または、ルテニウム、コバルト、ニッケル、銅、および鉄の少なくとも一つを含む金属ナノ粒子／マイクロ粒子、または、ルテニウム、コバルト、ニッケル、銅、および鉄の少なくとも一つを含む金属イオン／金属原子／金属ナノ粒子／金属マイクロ粒子によって覆われた複数の触媒金属キャリアを含むこととしてもよい。

本願においては、柔軟なポリマー材料と水素化物粉末および触媒粉末（すなわち、固体水素燃料）とを混ぜ合わせることで、固体水素燃料の柔軟性および変形性を実現している。柔軟なポリマー材料は、シリコーン、ゴム、シリコーンゴム等の疎水性ポリマーエラストマーとしてよい。

一実施形態において、水を含む反応物は、液体の状態、又は固体の状態であることとしてもよい。液体の状態での水を含む反応物の例としては、水、アルコール、アルコール溶液、塩水溶液、酸水溶液、またはそれらの組合せを含む。固体の状態での水を含む反応物は、例えばポリアクリル酸塩、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリオキシエチレン（ポリエチレンオキシド）、デンプングラフトコポリマー、またはラバーブレンドなどの吸水性ポリマーであることとしてもよい。

なお、水素化物粉末、触媒粉末、および水を含む反応物（および柔軟なポリマー材料）は、前述したいずれにも限定されない。また、水素化物粉末、触媒粉末、および水を含む反応物は、製粉されたもの、製粉されていないもの、分散されたもの、加圧によりタブレット状になったもののいずれであってもよい。例えば、３つの反応物のいずれか２つが混ぜ合わされてタブレット状に加圧され、残る反応物が別のタブレット状に加圧されてもよい。代わりに、３つの反応物のいずれか２つが混ぜ合わされてタブレット状に加圧され、残る反応物が一様に分散されてもよい。これら３つの反応物の状態は、実用上の要求に従って任意に選択されることは理解できるだろう。

本開示の実施形態においては、水素の生成における反応物間の接触−非接触（すなわちオン−オフ）の効果を観察するためにいくつかの実験を行っている。実験およびそれらの結果を以下に示す。

［関連する実験］
図３Ａおよび３Ｂは、本開示の実施形態に係る、反応物間の接触−非接触を介して水素生成反応のオン−オフを切り替える実験装置を簡潔に示す図である。図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、本実験装置の「オン−オフ」スイッチは、ポンプ装置により実現される。密封缶３１が設けられ、密封缶３１と流量計との間を繋ぐガスパイプ３３が密封缶に取り付けられる。柔軟な固体水素燃料３５が可動ロッド３６の一端に設けられ、可動ロッド３６は密封缶３１の中で上下動が可能である。固体水３７は、密封缶３１内に備えられる。

反応物間の接触−非接触を介して反応のオン−オフを切り替える方法を以下に述べる。まず、可動ロッド３６が下方向に押される。柔軟な固体水素燃料３５が固体水３７に接触すると（すなわちスイッチが「オン」になると）、図３Ａに示されるように水素放出反応が活性化されて、水素が生成される。水素の放出速度が上昇したあと、可動ロッド３６が上方向に引き上げられることで柔軟な固体水素燃料３５は固体水３７から分離される。図３Ｂに示されるようにスイッチが「オフ」されることにより、水素放出反応は停止されて、水素の放出速度は徐々に低下する。

実験においては、ＮａＢＨ_４（水素化物粉末）１ｇ、コバルトイオン触媒（Ｃｏ^２＋／ＩＲ−１２０、触媒粉末）０．３ｇ、およびシリコーンゴム（すなわち、成型物質）０．８ｇが使用された。実験結果を以下に示す。可動ロッド３６が下方向に押されて固体水素燃料３５と固体水３７が接触すると、スイッチは「オン」になる。「オン」状態では、水素の流速は２０００秒後に約１３ｓｃｃｍ（standard cubic centimeters per minute）まで上昇した。その後、可動ロッド３６は上方向に引き上げられてスイッチは「オフ」に切り替えられ、水素の流速は１０００〜１２００秒後に約６ｓｃｃｍまで減少する。固体水素燃料の表面に残存する少量の水が水素放出反応を起こすため、実際には水素の流速は約１〜２ｓｃｃｍまで減少する。このように、６ｓｃｃｍの水素の流速は測定されるものの、スイッチは「完全なオフ」状態になったと見なされる。図４は１段階の処理で水素放出反応を切り替える実験の結果を示す。

「オン−オフ」の再現性の状態が発現されるかどうかを観察するために、他の実験がさらに実行された。図５は水素放出反応の「オン−オフ」を２段階の処理で切り換える、他の実験の結果を示している。可動ロッド３６は再び下方向に押されて固体水素燃料３５と固体水３７は４２００秒目において接触している。スイッチが再度「オン」となった時、水素の流速は徐々に上昇した。５８００秒目において、可動ロッド３６は再び上方向に引き上げられてスイッチは「オフ」になり、水素の流速は徐々に減少して７８００秒目には約６ｓｃｃｍになっている。この実験結果は、図３Ａおよび図３Ｂに示される構成を有するポンピング装置が水素放出反応において「オン−オフ」効果を有することを示している。

実験結果によって、水素放出反応は反応物間の「接触−非接触」の状態を介して、効果的に「オン−オフ」切り替えが行われることが示された。また、「接触−非接触」の切り替えステップが繰り返し行われても、水素放出反応は実行されることも示された。

水素放出反応は「非接触」状態を介してのみ停止されるのではない。代わりに、抑制剤もしくは抑制方法が水素放出反応の抑制もしくは停止のために使用されることとしてもよく、水素放出反応における水素の放出速度は抑制剤の濃度によって制御または調整することとしてもよい。一実施形態においては、水素化物粉末、触媒粉末（固体水素燃料）、および水を含む反応物を含む３つの反応物が混ぜ合わされて複合された形態となり、抑制剤もしくは抑制方法が注入されることで水素放出反応は抑制もしくは停止される。そして水素放出反応における水素放出速度は、抑制の大きさに基づいて制御および調整される。

一実施形態においては、抑制剤は、アルカリ性の液体、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、水と反応することができる物質で当該物質は酸化物を形成することとしてもよい物質、水を強力に吸収または除去する物質、または、水素化物粉末を水から分離できる物質であることとしてもよい。

水と反応することができる物質である抑制材料の例としては、これらに限定されないが、鉄粉末、アルミニウム粉末、マグネシウム粉末、カルシウム粉末、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、それらのナノパーティクルを含む。鉄粉末、アルミニウム粉末、マグネシウム粉末、カルシウム粉末等は、水と反応することができ、そして、それらの酸化物を形成する。

また、抑制剤は、水を強力に吸収または除去できる、硫酸もしくは酢酸ナトリウムとしてもよい。

また、抑制剤は、水素化物粉末および触媒粉末から水を分離できる、界面活性剤としてもよい。

抑制剤に加えて、抑制方法も水素放出反応の抑制または停止のために使用されることとしてもよい。抑制方法は、例えば加熱法等、水を除去できるあらゆる方法であることとしてもよい。一実施形態においては、高加熱温度の加熱炉により水を除去する加熱法が実行されている。その加熱温度は約４０℃〜４００℃の範囲であり、実際の応用形態に依存する。さらに、加熱法は抑制剤と水による発熱反応より放出される熱を使用して実行してもよく、抑制剤の例としては、鉄粉末、アルミニウム粉末、マグネシウム粉末、カルシウム粉末、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、およびそれらのナノパーティクルがある。

水素放出反応を抑制または停止する抑制剤として酸化カルシウムを使用した実験が実行されている。手順および実験結果を以下に示す。

図６は、本開示の他の実施形態に係る、反応物間の接触−非接触を介して水素生成反応のオン−オフを切り替える実験装置を簡潔に示す図である。図６において、水素化物粉末と、触媒粉末（固体水素燃料）と、および水を含む反応物と、を含む混合物６１が水素を放出する。タブレット６５の形態を有する２ｇの酸化カルシウムが１．５ｍｌの水６３に加えられる。この化学反応は発熱反応である。システム内の水（水を含む反応物中の水を含む）は、水素放出反応を抑制または停止するために、発熱反応により放出される熱により蒸発される。実験の再現性の調査において、５回の実験が繰り返し行われた。そして４回の実験の結果が、水素放出反応が少なくとも３０分の間抑制または停止されることを効果的に示している。１回の実験の結果では、水素放出反応は１９分の間しか抑制または停止されなかった。そして、この不十分な結果は、酸化カルシウムのタブレット６５と水６３との不十分な接触によるものとの仮説が成り立つ。

以上で述べた開示により、水素化合物から放出される水素のオン−オフおよび調整方法が、反応の「オン−オフ」の切り換えのための「接触−非接触」操作により効率的に実行された。水素は反応物間の接触領域を調整することで生成される。接触領域の大きさは、水素の放出速度と正比例の関係にある。混合物と残りの反応物との間の実際の接触領域が最大接触領域の１／２より大きい場合、水素の生成速度は設計上の最大速度の１／２より大きくなる。代わりに、抑制剤または抑制方法が水素放出反応の抑制または停止に使用されることとしてもよく、水素放出反応の水素放出速度は、抑制量により制御または調整されることとしてもよい。実施形態によれば、水素放出反応および水素生成速度は簡単かつ単純な方法で効果的に制御される。複雑かつ大規模な機構を使用していない本願の小規模なシステムは、使用者が持ち運ぶのも容易であり、製造コストも大幅に削減される。実施形態の方法は、多くの利点を有している。また、システムの機械的設計と製品とを整合させることも容易であり、水素生成システムの設計は容易になる。さらに、固体水素燃料は水素を完全に効果的かつ迅速に放出する。以上で述べた利点は、使用者の製品を使用する意欲を高め、製品の応用分野をより広げるものである。

本開示は、一例として及び好ましい実施形態に関して説明されているが、本開示がこれに限定されないことを理解されたい。反対に、本発明は、多様な変更並びに類似の配置及び手法を網羅することを意図され、したがって、添付の特許請求の範囲に、全てのかかる変更並びに類似の配置及び手法を包含するように最も広範な解釈を与えるものとする。

１１ポンプ、１２燃料タンク、１３触媒床、１５使用済燃料蓄積タンク、１６気体液体分離器、１７圧力センサー、１８コントローラ、２４ＮａＢＨ_４加圧室、２５ＨＣｌ加圧室、３１密封缶、３３ガスパイプ、３５固体水素燃料、３６可動ロッド、３７固体水、６１混合物、６３水、６５タブレット、１６１排出口、２３１第１のバルブ、２３２第２のバルブ、２３３第３のバルブ。

Claims

少なくとも水素化物粉末、触媒粉末、および水を含む反応物を準備するステップと、
前記水素化物粉末、前記触媒粉末、および前記水を含む反応物のいずれか２つを混ぜ合わせて混合物を形成するステップと、
前記混合物と、前記水素化物粉末、前記触媒粉末、および前記水を含む反応物のうち前記２つを除いた残りの物質との間の接触領域を調整して、水素放出反応を調整するステップであって、前記混合物と前記残りの物質とが接触状態にある場合、前記水素化物粉末が前記水を含む反応物と反応して前記水素放出反応を起こし、前記触媒粉末が前記水素放出反応を触媒するステップと、
を含む、水素化合物から水素を放出させる方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記混合物と前記残りの物質との間が非接触状態にある間、前記水素放出反応は停止することを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記水を含む反応物は、水、アルコール、アルコール溶液、塩水溶液、酸水溶液、またはそれらの組合せのいずれかであることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記水を含む反応物は、固体水であることを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法であって、
前記固体水は、ポリアクリル酸塩、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリオキシエチレン（ポリエチレンオキシド）、デンプングラフトコポリマー、またはラバーブレンドを含む、吸水性ポリマーである、ことを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法であって、
前記水素化物粉末、前記触媒粉末、および前記水を含む反応物の準備後、前記水素化物粉末および前記水を含む反応物を別々に製粉したうえでこれらを混合して混合物を形成し、前記混合物を、固形のプレス形成されたブロックに形成し、続いて前記固形のプレス形成されたブロックを前記触媒粉末と接触させて前記水素放出反応を触媒するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法であって、
前記水素化物粉末、前記触媒粉末、および前記水を含む反応物の準備後、前記水素化物粉末および前記触媒粉末を別々に製粉したうえでこれらを混合して混合物を形成し、前記混合物を、固形のプレス形成されたブロックに形成し、続いて前記固形のプレス形成されたブロックを、前記水を含む反応物と接触させて前記水素放出反応を引き起こすステップをさらに含むことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記水素化物粉末、前記触媒粉末、および前記水を含む反応物は混ぜ合わされて複合された形態となり、前記水素放出反応を抑制または停止させるために抑制剤または抑制方法が使用され、前記水素放出反応の水素放出速度は抑制の大きさに基づいて制御および調整されることを特徴とする方法。
請求項８に記載の方法であって、
前記抑制剤は、アルカリ性の液体、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、酸化物を形成し水と反応することができる物質、水を強力に吸収または除去する物質、または、水素化物粉末を水から分離できる物質であり、前記抑制方法は水を除去できる方法であることを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法であって、
前記抑制剤は、水と反応することができる物質として、鉄粉末、マグネシウム粉末、アルミニウム粉末、カルシウム粉末、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、もしくはそれらのナノパーティクルであることを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法であって、
前記抑制剤は、水を強力に吸収または除去できる、硫酸もしくは酢酸ナトリウムであることを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法であって、
前記抑制方法は、水を除去する加熱法であることを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法であって、
前記加熱法は、高加熱温度の加熱炉により実行されることを特徴とする方法。
請求項１２に記載の方法であって、
前記加熱法は、前記抑制剤と水による発熱反応により放出される熱を使用して行われ、前記抑制剤は、鉄粉末、アルミニウム粉末、マグネシウム粉末、カルシウム粉末、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、もしくはそれらのナノパーティクルであることを特徴とする方法。
請求項１２に記載の方法であって、
加熱温度は約４０℃〜４００℃の範囲であることを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法であって、前記抑制剤は水を前記水素化物粉末および前記触媒粉末から分離できる界面活性剤であることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記水素化物粉末は水素化ホウ素、窒化水素（nitrogen hydride）、炭化水素、金属水素化物、ニトロジェンボロハイドライド（nitrogen borohydride）、カーボンボロハイドライド（carbon borohydride）、ニトロジェンカーボンハイドライド（nitrogen carbon hydride）、メタルボロハイドライド（metal borohydride）、メタルニトロジェンハイドライド（metal nitrogen hydride）、メタルカーボンハイドライド（metal carbon hydride）、メタルニトロジェンボロハイドライド（metal nitrogen borohydride）、メタルカーボンボロハイドライド（metal carbon borohydride）、メタルニトロジェンカーボンハイドライド（metal nitrogen carbon hydride）、ニトロジェンカーボンボロハイドライド（nitrogen carbon borohydride）、メタルニトロジェンカーボンボロハイドライド（metal nitrogen carbon borohydride）、およびそれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする方法。