JP2012236725A - 水素の発生方法及び燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水素化マグシウムを加圧成型して得られる粒状物を加水分解して水素を発生させる水素の発生方法を提供する。また、水素化マグシウムを加圧成型して得られる粒状物を加水分解して水素を発生させる水素供給部と、酸素供給部と、前記水素供給部から供給される水素と前記酸素供給部から供給される酸素を反応させて発電を行う燃料電池本体とを備える燃料電池システムを提供する。
【選択図】図1
Description
しかし、水素化マグネシウムは、製造直後から空気酸化により表面に不活性な水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)膜が形成されるため、室温では加水分解反応速度は非常に遅くなり、実質的な水素発生量は理論値よりも少ないという問題がある。特に、粉体では水素発生量に対して理論量よりもはるかに多い給水が必要となる問題がある。
本発明は、水素化マグシウムを加圧成型して得られる粒状物を加水分解して水素を発生させる水素の発生方法を提供する。また、水素化マグシウムを加圧成型して得られる粒状物を加水分解して水素を発生させる水素供給部と、酸素供給部と、前記水素供給部から供給される水素と前記酸素供給部から供給される酸素を反応させて発電を行う燃料電池本体とを備える燃料電池システムを提供する。
MgH2+2H2O → Mg(OH)2+2H2
加水分解反応の温度は、好ましくは40〜100℃の範囲で適宜選択すれば、塩酸、硫酸、酢酸、クエン酸などの酸の添加が不要となる。ただし、この加水分解反応は発熱を伴うので、加熱は当初のみで足りる。加熱については、酸以外でMgH2の表面酸化膜を取り除いたもの、例えば、製造直後など粒子表面が酸化されていないMgH2粉末を使用するか、MgH2粉体を水素またはN2、Ar、Heなどの不活性ガス中でメカノケミカル処理したものと水を接触させれば、容易に40〜100℃、あるいはそれ以上の熱量が得られる。
ペレット化にすることにより、充填密度(充填率)が例えば0.6〜1.0g/mlとなり、ペレット化前の粉末の嵩密度である0.3〜0.6g/mlより大幅に向上できる。
打錠成型機を用いる場合は、ステアリン酸マグネシウム等の滑沢剤を打錠される粉体全体中に通常0.1〜3.0質量%添加することが必要となるが、滑沢剤が、発生する水素ガスに混入しないように注意が必要である。
加圧成型して得られる粒状物しては、水素化マグネシウム粉末を加圧成型し、得られたシートを破砕した粒状物がより好ましい。滑沢剤を使用しないため、水素ガスに滑沢剤が混入することがなく、滑沢剤の質量を水素発生可能な水素化マグネシウムに置き換えることができ質量損がなく、打錠成型よりも固体密度を上げることができるからである。
酸性物質としては、塩酸、硫酸、酢酸などのカルボン酸、炭酸、燐酸水素ナトリウム等が挙げられ、それらを混合して用いることもできる。弱塩基性物質としては、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、水酸化アンモニウム等が挙げられる。また、pHの固定作用を維持するために、その水溶液の濃度は、例えば、塩酸:0.001〜1mol/l、硫酸:0.001〜1mol/l、酢酸:0.01〜1mol/l、炭酸水素ナトリウム:0.01〜1mol/l、水酸化アンモニウム:0.01〜1mol/lとすることが好ましい。
燃料電池システムの一つの実施形態を、燃料電池システムの要部の概略構成を示すブロック図である図1を用いて説明する。燃料電池としては、固体高分子形燃料電池(PEFC)が好適であるが、その形式は問わない。
水素発生装置2には、水貯蔵容器6に貯蔵された水が供給されるように構成されている。水素発生装置2では、水素化マグネシウムを加圧成型して得られる粒状物と水とが混合されることによって水素が発生する。生成された水素は、燃料電池スタック4の水素極へ供給される。酸素供給源3の酸素は、燃料電池の酸素極へ供給される。
<実施例1>
水素化マグネシウム試料として、打錠成型により製造したペレット(Φ5mm×L5mm)を用いた。滑沢剤として使用されたステアリン酸マグネシウムのペレット中の含有率は0.02質量%であった。ペレットの固体密度は1.0g/mlであり、500mlメスシリンダー(外径55mm、高さ360mm)を用いた充填密度は0.80g/mlであった。
使用した水素発生装置を図2に示す。水は、天秤11で供給量を測定しながら送液ポンプ12で0.5g/分で試験容器13(内径135.0mm×高さ200.0mm)に送られ、試験容器13内の水素化マグネシウム試料915.0gと反応させた。発生した水素ガスの量は、積算流量計14で測定された。積算水素発生量と積算水素供給水量に関する結果を図3に示す。
φ50mmの金型に嵩密度0.5g/mlの水素化マグネシウム粉末を充填後、高圧プレス機を用いてプレスすることにより、φ50mm×厚さ2mmのシートを得た。複数枚のシートを得た後、破砕して平均粒径3mm破砕品(実施例2)と平均粒径5mm破砕品(実施例3)を得て、これらを試料として用いた。それぞれの平均粒径となるように、平均粒径3mm破砕品については2mmと4mmの2種類の篩を利用し、平均粒径5mm破砕品については4mmと6mmの2種類の篩を利用した。
平均粒径3mm破砕品(実施例2)と平均粒径5mm破砕品の固体密度は、1.5g/mlであり、500mlメスシリンダー(外径55mm、高さ360mm)を用いた充填密度はいずれも0.63g/mlであった。
実施例1で用いた図2に示す水素発生装置と構成的には同様な水素発生装置であるが、実施例1よりも小型のものを使用した。水は、天秤11で供給量を測定しながら送液ポンプ12で1.0g/分で試験容器13(内径45.0mm×高さ85.0mm)に送られ、試験容器13内の水素化マグネシウム試料25.0gと反応させた。発生した水素ガスの量は、積算流量計14で測定された。
実施例2〜3では、積算供給水量が理論供給水量の2倍でとなったときに水の供給を停止した。これは、水素放出の末期では、水素放出速度が遅くなるため、水素の発生量と比べて効率の悪い無駄な水供給となり、また、理論値の90%程度の水素が放出できれば満足できるからである。過剰な水は、水酸化マグネシウムの粒子間に含有されると考えられる。
嵩密度0.5g/mlの水素化マグネシウム粉末を試料として用い、実施例2〜3と同じ水素発生装置を使用した。水は、天秤11で供給量を測定しながら送液ポンプ12で1.0g/分で試験容器13(内径45.0mm×高さ85.0mm)に送られ、試験容器13内の水素化マグネシウム試料25.0gと反応させた。発生した水素ガスの量は、積算流量計14で測定された。
理論水素ガス発生量42.1Lのときの理論供給水量が34.2gであり、水の供給は、積算供給水量が理論供給水量の2倍でとなった68.4gで停止した。水素の発生は遅く、スラリー状のものが生成され、最終的な水素の発生量は0.1Lに過ぎなかった。すなわち、理論量の2.0倍の供給水量で理論量の0.2%の水素発生量を得たことになった。
2 水素発生装置
3 酸素供給源
4 燃料電池
5 膜電極接合体
6 水貯蔵容器
11 天秤
12 送液ポンプ
13 試験容器
14 積算流量計
21、22、23 ライン
31、32、33 ライン
Claims (6)
- 水素化マグシウムを加圧成型して得られる粒状物を加水分解して水素を発生させる水素の発生方法。
- 前記粒状物が、平均粒径3〜10mmを有する請求項1に記載の水素の発生方法。
- 前記粒状物が、前記加圧成型で得られたシートを破砕して得られたものである請求項1又は請求項2に記載の水素の発生方法。
- 前記粒状物が、ペレットである請求項1又は請求項2に記載の水素の発生方法。
- 前記粒状物が、0.8〜1.5g/mlの固体密度と、0.6g/ml以上の充填密度を有する請求項1〜4のいずれかに記載の水素発生方法。
- 水素化マグシウムを加圧成型して得られる粒状物を加水分解して水素を発生させる水素供給部と、
酸素供給部と、
前記水素供給部から供給される水素と前記酸素供給部から供給される酸素を反応させて発電を行う燃料電池本体と
を備える燃料電池システム。
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