JP4333089B2 - Hydrogen storage and release device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素貯蔵電極を陰極、かつ水酸化ニッケル電極を陽極として、これらの電極の間に電圧を印加することにより、水素貯蔵電極に水素が貯蔵され、次に、この水素が貯蔵された水素貯蔵電極を陽極、かつ水素放出電極を陰極として、これらの電極の間に電圧を印加するか、これらの電極を短絡するかの少なくともいずれか一方では、陰極である水素放出電極から水素が放出される、水素貯蔵放出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
水素は、燃焼によって二酸化炭素が発生しないクリーンな燃料として注目されており、水素を燃料として使用するための、水素の貯蔵・運搬に関する材料、装置及び方法の開発が数多く行われてきた。なかでも水素吸蔵合金は、水素を常温・常圧で貯蔵・運搬することができる材料として周知である。また、水素貯蔵材料として、カーボンナノチューブ等の炭素系材料を用いる検討も数多く行われている。しかし、これらの材料を用いた従来の水素吸蔵方法は、温度及び圧力を制御して水素を吸蔵・放出させようとするものであって、水素吸蔵量を著しく高めるには限界があった。
【0003】
ところで、水素吸蔵合金は、ニッケル水素アルカリ蓄電池の負極材料として用いられている。この蓄電池に充電する場合、負極に金属水素化物として水素が貯蔵される。この時、温度及び圧力を制御することにより水素吸蔵合金に水素を吸蔵させた場合よりも、多くの水素が負極に貯蔵できる。この蓄電池を放電させる場合、負極の金属水素化物は酸化されて水を生成する。従って、従来のニッケル水素アルカリ蓄電池においては、上記の温度及び圧力を制御することによる物理的な水素の吸蔵よりも多くの水素が水素吸蔵合金に吸蔵されうるにもかかわらず、その水素を、水素ガスとして放出させて利用することはできない。すなわち、水酸化ニッケルを陽極とし、水素吸蔵合金を陰極として、これらの電極の間に電圧を印加することによって陰極に貯蔵した水素を、水素として放出する水素貯蔵放出装置は、従来知られていなかった。
【0004】
また、特開平9−102315号公報には、ニッケル水素アルカリ蓄電池の、過充電時及び過放電時の内圧上昇を抑制するための方法として、負極に水素吸蔵合金、活性炭、及びカーボンブラックからなる電極を使用する方法が開示されている。同様の技術として、特開2001−176515号公報には、ニッケル水素アルカリ蓄電池への過充電時の電池内圧の上昇を防止等するため、電極の特性を改良する方法として、水素吸蔵合金電極の表面に活性炭素を塗布、又は水素吸蔵合金電極内部に活性炭素を添加する方法が開示されている。これらはいずれもニッケル水素アルカリ蓄電池において、例えば、過充電時に正極で発生する酸素ガスを、水素吸蔵合金を用いた負極による吸収及び還元を促進させる目的のものである。これら公知例において水素吸蔵合金を含む電極に用いられている活性炭素等の炭素系材料は、水素吸蔵合金100重量部に対して3重量部又は5重量部以下であり、炭素系材料の添加は、蓄電池用の電極としての特性改善のためである。すなわち、電極材料に、カーボンナノチューブ、フラーレン等の炭素系材料を用い、電気化学反応で発生させた原子状水素を吸着させることにより、より多くの水素を吸蔵させようという試みは行われておらず、また、上記水素貯蔵放出装置の水素貯蔵電極の水素貯蔵能力を向上させる目的で、水素吸蔵合金及び炭素材料が用いられた例はない。さらに、水素吸蔵合金、並びに、Ag等の特定金属及びPdを含む特定組成の合金を被覆した炭素材料を含む水素貯蔵電極が特に優れた水素貯蔵能力を示すことも知られていなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち本発明は、従来知られていなかった、新規な水素貯蔵放出装置を提供しようとするものであり、さらにこの水素貯蔵放出装置に用いる水素貯蔵電極に好適な材料を提供するものであり、さらに、エネルギー利用効率を高めた水素貯蔵放出装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の水素貯蔵放出装置は、水素貯蔵電極、水酸化ニッケル電極、水素放出電極、セパレーター、及びアルカリ電解液を含み、前記水素貯蔵電極を陰極、かつ前記水酸化ニッケル電極を陽極として、これらの電極の間に電圧を印加することにより、前記水素貯蔵電極に水素が貯蔵され、一方、前記水素放出電極を陰極、かつ前記水素貯蔵電極を陽極として、これらの電極の間に電圧を印加するか、これらの電極を短絡するかの少なくともいずれか一方では、前記水素放出電極から水素が放出されることを特徴とするものである。
【0007】
本発明の水素貯蔵放出装置においては、前記水素貯蔵電極が、水素吸蔵合金、炭素系材料、及び触媒から選ばれる2種以上の材料を含むことが好ましい。
【0008】
さらに本発明の水素貯蔵放出装置においては、前記水素貯蔵電極に含まれる、前記炭素系材料が、Ag、Mo、Tc、Ru、Cu、Ni、Coから選ばれる1種以上の金属及びPdを含む合金で被覆された金属被覆炭素材料を含むことが好ましい。
【0009】
さらに本発明の水素貯蔵放出装置においては、前記金属被覆炭素材料が、活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンの少なくとも1種に、Ag、Mo、Tc、Ru、Cu、Ni、Coから選ばれる1種以上の金属及びPdを含む合金を被覆したものであることが好ましい。
【0010】
本発明の水素貯蔵放出装置においては、前記水素貯蔵電極に熱電素子を設けることが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明は、水素貯蔵材料である水素貯蔵合金及び/又は炭素系材料に温度及び圧力条件を制御して水素を貯蔵させる従来の方法に比べ、電気化学的に発生させた原子状水素を利用し、水素貯蔵密度を高めて水素貯蔵電極に水素を貯蔵し、さらに、この貯蔵された水素を水素ガスとして取り出すための装置を提供しようとするものである。
【0012】
すなわち、具体的には、本発明は、陰極である水素貯蔵電極に水素を吸蔵させる。次にこの水素を吸蔵させた水素貯蔵電極を陽極とし、電極表面での水の還元により水素を発生させることができる水素発生電極を陰極として、これらの電極の間に電圧を印加するか、これらの電極を短絡するかの少なくともいずれか一方では、水素発生電極から水素ガスが放出される水素貯蔵放出装置を提供しようとするものである。
【0013】
以下、本発明の水素貯蔵放出装置を、図1を参照して説明するが、図1は本発明を説明するための参考図であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【0014】
図1において、水素貯蔵電極10、水酸化ニッケル電極20、及び水素放出電極30は、セパレーター40を介して相互に非接触の状態に配置する。これら各電極は、アルカリ電解液45中に浸漬する。水素貯蔵電極10に水素を貯蔵するための直流電源50、及び、水素放出電極30から水素を放出させるための直流電源60を配置する。これら各電極及び直流電源を、導線100により接続し、端子1、端子2、及び端子3の接続状態を切り替えるための切替スイッチ80を配置する。
【0015】
水素貯蔵電極10は、水素吸蔵合金、炭素系材料、及び触媒から選ばれる2種以上の材料を含む材料から製造されたものであることが好ましい。
【0016】
本発明の水素貯蔵電極10に用いる水素吸蔵合金は、公知のものを用いることができるが、例えば、ランタン・ニッケル系、ミッシュメタル・ニッケル系、ランタン・ニッケル・アルミニウム系、ミッシュメタル・ニッケル・アルミニウム系、ミッシュメタル・ニッケル・アルミニウム・コバルト系、ミッシュメタル・ニッケル・アルミニウム・マンガン系、ミッシュメタル・ニッケル・マンガン・アルミニウム・コバルト系、カルシウム・ニッケル・ミッシュメタル・アルミニウム系、チタン・鉄系、チタン・鉄・マンガン系、鉄・チタン−鉄チタン酸化物系、チタン・鉄・ニッケル・バナジウム系、チタン・鉄・ニッケル・ジルコニウム系、チタン・コバルト系、チタン・コバルト・鉄・ジルコニウム系、チタン・ニッケル系、チタン・マンガン系、チタン・クロム系、チタン・ジルコニウム・クロム・マンガン系、チタン・クロム・マンガン系、ジルコニウム・チタン・鉄・バナジウム・クロム系、マグネシウム・ニッケル系、ジルコニウム・マンガン系、ジルコニウム・バナジウム系、ジルコニウム・鉄系、カルシウム・ニッケル系の合金の1種以上を用いることが好ましい。
【0017】
本発明の水素貯蔵電極10に用いる触媒とは、分子状水素を原子状水素に解離する能力を有する金属触媒(以下、単に「触媒」という。)をいい、具体的には、Pd、Pt、Rh、Ni、Co等の8属遷移金属、並びにAg、Mo、Tc、Ru、Cu、Ni、Coから選ばれる1種以上の金属及びPdを含む合金が好ましく、これらから選ばれる1種以上を用いることができる。
【0018】
本発明の水素貯蔵電極10に用いる炭素系材料は、ダイヤモンドを除く炭素同素体を用いることができるが、活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンは、比表面積が大きく、水素を吸着するために有利であり、特に好ましい。これらの炭素系材料の2種以上の混合物を用いることもできる。
【0019】
本発明の水素貯蔵電極10で使用する炭素系材料は、その表面に触媒を被覆せずに用いることもできるが、触媒で被覆することが好ましく、Ag、Mo、Tc、Ru、Cu、Ni、Coから選ばれる1種以上の金属及びPd(以下「Ag等及びPd」という。)を含む合金で被覆することがさらに好ましく、特にAg及びPdの合金を用いることが好ましい。好ましい合金の組成は、Pdに対して、Ag、Mo、Tc、Ru、Cu、Ni、Coから選ばれる1種以上の金属を5〜50モル%、さらに好ましくは15〜30モル%、特に好ましくは20〜25モル%添加した合金であり、この組成の合金を炭素系材料に被覆した場合に、水素貯蔵電極10の水素貯蔵能力を特に高めることができる。
【0020】
上記のAg等及びPdを含む合金で炭素系材料表面を被覆するためには、公知の金属製膜方法を使用することができるが、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法等を使用することが好ましい。炭素系材料の表面積に対する金属被膜の面積の割合、及び、この金属被膜の厚み等は、金属を被覆して得られる金属被覆炭素材料の水素貯蔵量を測定することにより、最も水素貯蔵量が多くなるよう最適化することができる。
【0021】
なお、本明細書中で使用する「被覆」の語は、炭素材料表面の全部又は一部を金属が覆っていることを意味するものであり、金属が炭素材料表面の一部を覆っている場合は、覆っている金属表面領域が連続している場合及び不連続な多数の領域を含む場合を包含する。
【0022】
本発明の水素貯蔵電極10は、上記水素吸蔵合金、上記炭素系材料、上記触媒の2つ以上を含んで製造されたものであることが好ましい。
【0023】
水素吸蔵合金及び炭素系材料を含む水素貯蔵電極10は、例えば、水素吸蔵合金粉末及び炭素系材料粉末を混合後、圧縮成形することによって製造することができる。この場合、水素貯蔵電極10の質量に対して、80〜95質量%の炭素系材料、及び5〜10質量%の水素吸蔵合金を含むことが好ましい。また、水素吸蔵合金、炭素系材料、及び触媒を含む水素貯蔵電極10は、例えば、水素吸蔵合金粉末及び炭素系材料粉末を混合後、圧縮成形して得られた電極表面に、さらに触媒を被覆することによって製造することができる。この触媒の被覆は、公知のスパッタリング、蒸着、CVD法等を使用して行うことができる。また、水素貯蔵電極10は、あらかじめ、触媒を被覆した炭素系材料と、水素吸蔵合金粉末を混合後、圧縮成形することによっても製造できる。また、この圧縮成形して得られた水素貯蔵電極10の表面をさらに触媒で被覆することもできる。水素吸蔵合金、炭素系材料、及び触媒を含む水素貯蔵電極10においては、水素貯蔵電極10の質量に対して、80〜95質量%の炭素系材料、3〜10質量%の水素吸蔵合金、及び10質量%以下の触媒を含むことが好ましい。
【0024】
炭素系材料及び触媒を含む水素貯蔵電極10は、例えば、炭素系材料粉末を、圧縮成形後、得られた水素貯蔵電極10の表面に触媒金属を被覆することにより製造することができ、又は、あらかじめ触媒金属を被覆した炭素系材料粉末を、圧縮成形することによって製造することができ、この圧縮成形して得られた電極表面をさらに触媒で被覆することもできる。
【0025】
水素吸蔵合金及び触媒を含む水素貯蔵電極10は、例えば、水素吸蔵合金粉末を圧縮成形した電極表面に触媒を被覆することによって製造できる。
【0026】
水酸化ニッケル電極20は、ニッケル水素アルカリ蓄電池の技術分野で公知の水酸化ニッケル電極を使用できる。例えば、水酸化ニッケル、亜鉛及びコバルトが共沈された水酸化ニッケル、並びにニッケル酸化物等から選ばれたニッケル化合物、水酸化コバルト等の導電材、ポリテトラフルオロエチレン等の結着剤等をニッケル基板に充填したもの等が例示できるが、これに限定されない。
【0027】
水素放出電極30は、この電極表面で、水の電気化学的還元によって水素が発生する条件下で、安定である金属が好ましく、例えば、ニッケル、白金を用いることが好ましい。
【0028】
セパレーター40は、水素貯蔵電極10、水酸化ニッケル電極20、水素放出電極30を相互に非接触の状態に保つものであり、かつ、アルカリ電解液45はセパレーターを透過可能である。セパレーターとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−ビニルアルコール共重合体等のポリオレフィン系繊維製不織布であって、コロナ放電等によって親水化処理したものや、ナイロン−6,6等のポリアミド系繊維製不織布等を使用することが好ましい。
【0029】
アルカリ電解液45は、例えば水酸化リチウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、又は水酸化カリウム水溶液、あるいはこれら水溶液の2種以上の混合液を使用できる。
【0030】
直流電源50及び直流電源60の電圧及び単位時間当たりの電流密度は、本発明の水素貯蔵放出装置の運転に適した任意の値に設定することができる。
【0031】
以下、本発明の水素貯蔵放出装置において、水素を貯蔵する場合及び水素を放出する場合に分けてさらに説明する。
【0032】
水素貯蔵電極10に水素を貯蔵する場合は、図1の水素貯蔵放出装置の切替スイッチ80により、端子1及び端子2を短絡させ、水素貯蔵電極10を陰極とし、水酸化ニッケル電極20を陽極として、直流電源50により電圧を印加する。このとき、陽極の水酸化ニッケル電極20では、下記式(1)に示すように、Ni(OH)2が、NiOOHに酸化される。一方、陰極の水素貯蔵電極10では、例えば、水素貯蔵電極が水素吸蔵合金を含む場合、下記式(2)に示すように、水素吸蔵合金(M)が金属水素化物(MH)となる。
【0033】
【化1】
【0034】
【化2】
【0035】
陰極の水素貯蔵電極10が、炭素系材料及び触媒を含み、水素吸蔵合金を含まない場合は、電極で発生した原子状水素、又は分子状水素は、炭素系材料に吸着されると考えられ、このとき触媒は、原子状水素が分子状水素になることを防止し、又は分子状水素を原子状水素に解離させ、炭素系材料への水素の吸着量を増加させることができる。
【0036】
水素放出電極から水素を放出させる場合は、図1の水素貯蔵放出装置の切替スイッチ80によって、端子1及び端子3を短絡させ、水素貯蔵電極10を陽極とし、水素放出電極を陰極として、直流電源60により電圧を印加する。このとき、直流電源60による電圧印加は必要に応じて行い、電極の材質等の条件により、水素貯蔵電極10及び水素放出電極30を短絡させるだけでも水素が発生する場合は、必ずしも電圧印加の必要はない。水素放出電極30からの水素放出時は、水素貯蔵電極10が金属水素化物を含む場合、下記式(3)に示すように、金属水素化物の水素は酸化されて水を生成し、一方、水素放出電極30では、下記式(4)に示すように水の還元によって、水素ガスが発生する。
【0037】
【化3】
【0038】
【化4】
【0039】
以上、水素貯蔵電極10に電気エネルギーを用いて水素を貯蔵する場合について説明したが、本発明の水素貯蔵電極は、電気エネルギーによる水素の貯蔵の他に、直接水素ガスと接触させることによって、電極に水素を貯蔵させることもできる。すなわち、水素貯蔵電極10を水素貯蔵放出装置に着脱可能にしておき、水素貯蔵電極10を取り出して、別途適当な温度及び圧力条件の下で水素ガスと接触させることによって、水素を貯蔵させた後、水素貯蔵放出装置に取り付けて、水素発生に用いることもできる。
【0040】
さらに本発明は、本発明の水素貯蔵放出装置において、エネルギー利用効率を高めた装置を提供するものである。
【0041】
すなわち、図2に示すように、水素貯蔵電極10に熱電素子90を貼着する。熱電素子90は、主に熱電材料から構成されるが、水素貯蔵電極10は、水素貯蔵時に発熱するため、熱電素子90に含まれる熱電材料の水素貯蔵電極10に接した端は温度が高くなり、熱電材料の水素貯蔵電極10と接した側と反対側の端との間に温度差が生じ、これによるゼーベック効果によって起電力が生じる。したがって、水素貯蔵電極10に貼着した熱電素子90を直流電源50と直列に接続することにより、水素貯蔵電極10への水素貯蔵時に熱として失われるエネルギーの一部を、水素を貯蔵するための電気エネルギーとして利用することができ、エネルギー利用効率を高めることができる。
【0042】
熱電材料を用いた熱電素子90は、当業者に公知の従来技術を使用することにより、容易に構築することができる。熱電材料としては、BiTe、PbTe、SiGe系、FeSi2系等の公知の材料を使用することが好ましい。
【0043】
本発明の水素貯蔵放出装置は、特に水素を燃料として使用するための車載用の装置として有用である。
【0044】
【発明の効果】
本発明の水素貯蔵放出装置は、従来知られていなかった新規な水素貯蔵放出装置であり、水素貯蔵能力に優れ、車載用として好適である。さらにこの水素貯蔵放出装置においては、水素吸蔵合金、炭素系材料、及び触媒から選ばれる2種以上の材料を含む水素貯蔵電極を用いることによって、良好な水素貯蔵能力が得られる。さらに、上記炭素系材料としてAg等及びPdを含む合金で被覆された金属被覆炭素材料を用いることによって、さらに水素貯蔵電極の水素貯蔵量が向上できる。さらに、上記金属被覆炭素材料として、活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンにAg等及びPdを含む合金を被覆した材料を用いることによって、いっそう水素貯蔵電極の水素貯蔵能力を高めることができる。また、本発明の装置において、水素貯蔵電極に熱電素子を設けることによって、水素貯蔵時の水素貯蔵電極の発熱による熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、電気化学反応に利用することによって、エネルギー利用効率のいっそうの改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水素貯蔵放出装置の概念図である。
【図2】水素貯蔵電極10に熱電素子90を設けたときの、本発明の水素貯蔵放出装置の一部分を示した図である。図2中に図示されていない部分は、図1に同じである。
【符号の説明】
1…端子
2…端子
3…端子
10…水素貯蔵電極
20…水酸化ニッケル電極
30…水素放出電極
40…セパレーター
45…アルカリ電解液
50…直流電源
60…直流電源
70…容器
80…切替スイッチ
90…熱電素子
100…導線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention uses a hydrogen storage electrode as a cathode and a nickel hydroxide electrode as an anode , and by applying a voltage between these electrodes, hydrogen is stored in the hydrogen storage electrode, and then this hydrogen is stored. the hydrogen storage electrode anode and a cathode hydrogen emission electrode, or a voltage is applied between these electrodes, in one of the at least one short-circuiting these electrodes, hydrogen from the hydrogen discharge electrode is a cathode discharge Ru is, relates to a hydrogen storage and release device.
[0002]
[Prior art]
Hydrogen has attracted attention as a clean fuel that does not generate carbon dioxide by combustion, and many developments of materials, devices, and methods related to storage and transportation of hydrogen have been carried out in order to use hydrogen as a fuel. Among these, hydrogen storage alloys are well known as materials capable of storing and transporting hydrogen at room temperature and normal pressure. In addition, many studies using carbon-based materials such as carbon nanotubes as a hydrogen storage material have been conducted. However, conventional hydrogen storage methods using these materials are intended to store and release hydrogen by controlling temperature and pressure, and there is a limit to significantly increasing the amount of hydrogen stored.
[0003]
By the way, the hydrogen storage alloy is used as a negative electrode material of a nickel metal hydride alkaline storage battery. When this storage battery is charged, hydrogen is stored as a metal hydride in the negative electrode. At this time, more hydrogen can be stored in the negative electrode than when hydrogen is stored in the hydrogen storage alloy by controlling the temperature and pressure. When this storage battery is discharged, the metal hydride of the negative electrode is oxidized to produce water. Therefore, in the conventional nickel hydride alkaline storage battery, even though more hydrogen can be stored in the hydrogen storage alloy than the physical storage of hydrogen by controlling the above temperature and pressure, It cannot be used as a gas. That is, nickel hydroxide as an anode, a hydrogen storage alloy as the cathode, the hydrogen stored in the cathode by applying a voltage between the electrodes, hydrogen storage and release device that releases a hydrogen, hitherto unknown It was.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-102315 discloses an electrode comprising a hydrogen storage alloy, activated carbon, and carbon black on a negative electrode as a method for suppressing an increase in internal pressure during overcharge and overdischarge of a nickel hydrogen alkaline storage battery. A method of using is disclosed. As a similar technique, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-176515 discloses a surface of a hydrogen storage alloy electrode as a method for improving electrode characteristics in order to prevent an increase in battery internal pressure during overcharging of a nickel hydrogen alkaline storage battery. Discloses a method of applying activated carbon or adding activated carbon to the inside of a hydrogen storage alloy electrode. These are all for the purpose of accelerating the absorption and reduction of the oxygen gas generated at the positive electrode during overcharge, for example, by the negative electrode using a hydrogen storage alloy in a nickel hydride alkaline storage battery. In these known examples, the carbon-based material such as activated carbon used for the electrode including the hydrogen storage alloy is 3 parts by weight or 5 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the hydrogen storage alloy. This is for improving characteristics as an electrode for a storage battery. That is, no attempt has been made to occlude more hydrogen by using carbon-based materials such as carbon nanotubes and fullerenes as electrode materials and adsorbing atomic hydrogen generated by electrochemical reactions. In addition, there is no example in which a hydrogen storage alloy and a carbon material are used for the purpose of improving the hydrogen storage capacity of the hydrogen storage electrode of the hydrogen storage / release device. Further, it has not been known that a hydrogen storage electrode including a hydrogen storage alloy and a carbon material coated with an alloy having a specific composition including Pd and a specific metal such as Ag exhibits particularly excellent hydrogen storage capacity.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
That is, the present invention intends to provide a novel hydrogen storage / release apparatus that has not been known so far, and further provides a material suitable for a hydrogen storage electrode used in the hydrogen storage / release apparatus. The present invention is to provide a hydrogen storage and release device with improved energy use efficiency.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The hydrogen storage and release apparatus of the present invention includes a hydrogen storage electrode, a nickel hydroxide electrode, a hydrogen release electrode, a separator, and an alkaline electrolyte, and the hydrogen storage electrode is a cathode and the nickel hydroxide electrode is an anode. By applying a voltage between the electrodes, hydrogen is stored in the hydrogen storage electrode, while using the hydrogen release electrode as a cathode and the hydrogen storage electrode as an anode, a voltage is applied between these electrodes. in one of the at least one short-circuiting these electrodes, hydrogen from the hydrogen emission electrode is characterized in Rukoto released.
[0007]
In the hydrogen storage / release apparatus of the present invention, it is preferable that the hydrogen storage electrode includes two or more materials selected from a hydrogen storage alloy, a carbon-based material, and a catalyst.
[0008]
Furthermore, in the hydrogen storage / release apparatus of the present invention, the carbon-based material included in the hydrogen storage electrode includes one or more metals selected from Ag, Mo, Tc, Ru, Cu, Ni, and Co and Pd. It is preferable to include a metal-coated carbon material coated with an alloy.
[0009]
Furthermore, in the hydrogen storage / release apparatus of the present invention, the metal-coated carbon material is at least one of activated carbon, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon nanohorn, and fullerene, and Ag, Mo, Tc, Ru, Cu, Ni, Co It is preferable to coat an alloy containing at least one metal selected from the group consisting of Pd and Pd.
[0010]
In the hydrogen storage / release apparatus of the present invention, it is preferable to provide a thermoelectric element on the hydrogen storage electrode.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention uses electrochemically generated atomic hydrogen as compared to the conventional method of storing hydrogen by controlling the temperature and pressure conditions in a hydrogen storage alloy and / or carbon-based material, which is a hydrogen storage material. An object of the present invention is to provide an apparatus for increasing the hydrogen storage density to store hydrogen in a hydrogen storage electrode, and further taking out the stored hydrogen as hydrogen gas.
[0012]
Specifically, in the present invention, hydrogen is occluded in the hydrogen storage electrode which is a cathode . Next, the hydrogen storage electrode storing the hydrogen is used as an anode, and a hydrogen generation electrode capable of generating hydrogen by reduction of water on the electrode surface is used as a cathode. in at least one of either short-circuiting the electrodes, hydrogen gas from the hydrogen generating electrode is intended to provide a hydrogen storage and release device that will be released.
[0013]
Hereinafter, the hydrogen storage and release apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. 1, but FIG. 1 is a reference diagram for explaining the present invention, and the present invention is not limited thereto.
[0014]
In FIG. 1, the
[0015]
The
[0016]
As the hydrogen storage alloy used for the
[0017]
The catalyst used for the
[0018]
As the carbon-based material used for the
[0019]
The carbon-based material used in the
[0020]
In order to coat the surface of the carbon-based material with the alloy containing Ag or the like and Pd, a known metal film forming method can be used. For example, a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method, or the like is used. It is preferable. The ratio of the area of the metal coating to the surface area of the carbon-based material, and the thickness of the metal coating, etc. are the largest in hydrogen storage by measuring the amount of hydrogen stored in the metal-coated carbon material obtained by coating the metal. Can be optimized.
[0021]
As used herein, the term “coating” means that a metal covers the whole or part of the surface of the carbon material, and the metal covers a part of the surface of the carbon material. The case includes a case where the covering metal surface region is continuous and a case where the metal surface region includes a large number of discontinuous regions.
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
As the
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
As the
[0030]
The voltage and current density per unit time of the
[0031]
Hereinafter, in the hydrogen storage / release apparatus of the present invention, the case of storing hydrogen and the case of releasing hydrogen will be further described.
[0032]
When hydrogen is stored in the
[0033]
[Chemical 1]
[0034]
[Chemical formula 2]
[0035]
When the
[0036]
If the release of hydrogen from the hydrogen emission electrode, by switching the
[0037]
[Chemical 3]
[0038]
[Formula 4]
[0039]
The case where hydrogen is stored in the
[0040]
Furthermore, this invention provides the apparatus which raised energy utilization efficiency in the hydrogen storage / release apparatus of this invention.
[0041]
That is, as shown in FIG. 2, the
[0042]
The
[0043]
The hydrogen storage / release device of the present invention is particularly useful as a vehicle-mounted device for using hydrogen as a fuel.
[0044]
【The invention's effect】
The hydrogen storage / release device of the present invention is a novel hydrogen storage / release device that has not been known so far, and has excellent hydrogen storage capability and is suitable for in-vehicle use. Furthermore, in this hydrogen storage / release apparatus, a good hydrogen storage capacity can be obtained by using a hydrogen storage electrode containing two or more materials selected from a hydrogen storage alloy, a carbon-based material, and a catalyst. Further, by using a metal-coated carbon material coated with an alloy containing Ag or the like and Pd as the carbon-based material, the amount of hydrogen stored in the hydrogen storage electrode can be further improved. Furthermore, by using activated carbon, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, and fullerenes coated with an alloy containing Ag and Pd as the metal-coated carbon material, the hydrogen storage capacity of the hydrogen storage electrode is further increased. Can do. Further, in the apparatus of the present invention, by providing a thermoelectric element to the hydrogen storage electrode, the heat energy generated by the heat generated by the hydrogen storage electrode during hydrogen storage is converted into electric energy and used for an electrochemical reaction, so that the energy use efficiency is improved. Can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a hydrogen storage / release apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a part of the hydrogen storage / release apparatus of the present invention when a
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
水酸化ニッケル電極、
電極表面での水の還元により水素を発生させることができる水素放出電極、
セパレーター、及び
アルカリ電解液
を含み、前記水素貯蔵電極、前記水酸化ニッケル電極、及び前記水素放出電極が前記セパレーターを介して相互に非接触の状態に配置され、これらの電極が前記アルカリ電解液中に浸漬されており、
前記水素貯蔵電極を陰極、かつ前記水酸化ニッケル電極を陽極として、これらの電極の間に電圧を印加することにより、前記水素貯蔵電極に水素が貯蔵され、一方、前記水素放出電極を陰極、かつ前記水素貯蔵電極を陽極として、これらの電極の間に電圧を印加するか、これらの電極を短絡するかの少なくともいずれか一方では、前記水素放出電極から水素が放出されることを特徴とする、水素貯蔵放出装置。A hydrogen storage electrode comprising two or more materials selected from a hydrogen storage alloy, a carbon-based material, and a catalyst;
Nickel hydroxide electrode,
A hydrogen release electrode capable of generating hydrogen by reducing water on the electrode surface;
A separator, and an alkaline electrolyte, wherein the hydrogen storage electrode, the nickel hydroxide electrode, and the hydrogen release electrode are disposed in a non-contact state via the separator, and these electrodes are in the alkaline electrolyte. Soaked in
By using the hydrogen storage electrode as a cathode and the nickel hydroxide electrode as an anode, by applying a voltage between these electrodes, hydrogen is stored in the hydrogen storage electrode, while the hydrogen release electrode is used as a cathode , and the hydrogen storage electrode as an anode, or a voltage is applied between these electrodes, in one of the at least one short-circuiting these electrodes, hydrogen from the hydrogen emission electrode is characterized Rukoto released Hydrogen storage and release device.
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