JP5102277B2 - 水素吸蔵材料を活性化または再生する方法 - Google Patents

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Description

本発明は、少なくとも１種の金属水素化物を含有する水素吸蔵材料を活性化または再生する方法に関する。
水素によるエネルギー貯蔵は、近時、重要性を増してきている。現在、水素を貯蔵する様々な技法があり、それらには気体状態での貯蔵、液体状態での貯蔵、または金属水素化物の形態における化学的結合状態での吸蔵の区別を付けることができる。気体状または液状水素の貯蔵は、保安上の問題をもたらすことが多い。したがって、水素が金属水素化物の形態で化学的結合状態で吸蔵される水素吸蔵系は有益である。このような金属水素化物水素吸蔵系は吸蔵状態と非吸蔵状態とを有し、これらの状態同士の間で本質的に可逆的に変換できる。
金属水素化物水素吸蔵系としては、水素化アルミニウム類であるＮａＡｌＨ4、ＬｉＡｌＨ4、Ｌｉ3ＡｌＨ6、ＬｉＮａ2ＡｌＨ6、Ｃａ（ＡｌＨ4）2；ＬｉＢＨ4、ＮａＢＨ4、Ｍｇ（ＢＨ4）2、Ｃａ（ＢＨ4）2のような硼水素化物；そして水素化マグネシウム（ＭｇＨ2）が特に興味深い。何故なら単位質量当たりの水素吸蔵量が比較的多いからである。この性質と材料が比較的低価格であるため、上記の系は水素駆動自動車の場合の輸送にとり最適の水素吸蔵系であるようだが、それら系の充電・放電動態は不十分なので、それらの使用は従来避けられてきた。
水素吸蔵材料に触媒を混合して水素の吸収および脱離の動態を改善することが知られている。特許文献１は、水素の吸収および脱離の動態を改善するための触媒として金属炭酸塩を用いることを開示している。特許文献２は、水素の吸収および脱離の動態を改善するための触媒として金属有機化合物を用いることを開示している。特許文献３は、水素の吸収および脱離の動態を改善するための触媒として金属窒化物および炭化物を用いることを開示している。特許文献４は、水素の吸収および脱離の動態を改善するための触媒として金属酸化物を用いることを開示している。特許文献５は金属水素化物を含有する水素吸蔵材料の製造方法を開示しており、この方法においては、不活性ガス雰囲気下、水素雰囲気下または減圧下で０．０１〜１０重量％のダイアモンド粉末の存在下に金属水素化物粉末を微粉砕している。特許文献６は、水素吸蔵材料の耐汚染性を改善するために、微粉状遷移金属または遷移金属酸化物、例えば、パラジウム、Ｐｄ（Ａｌ2Ｏ3）またはパラジウム被覆粉末、を用いることを開示している。特許文献７は、水素化マグネシウム、マグネシウムアントラセンおよび／またはそれらの誘導体から、微粉砕した高反応性マグネシウムを調製する方法に関し、この方法においては、それぞれのマグネシウム含有化合物を反応相手の存在下に熱分解させる。特許文献８は、アルカリ金属アラナートの水素化／脱水素化動態を改善するために、遷移金属化合物を触媒量で用いることを開示している。
国際公開第２００５／０１９０９７号パンフレット 国際公開第２００５／０６８０７３号パンフレット 国際公開第０１／５３１９５号パンフレット 国際公開第００／５８２０６号パンフレット 独国特許発明第１０２００５０１９１０８号明細書 独国特許出願公開第３５３５３７８号明細書 独国特許出願公開第３３４０４９２号明細書 国際公開第０１／６８５１５号パンフレット
上記の諸方法は、比較的高い追加の材料費という欠点がある。さらに、水素吸蔵材料が既にタンクに導入されている場合、この水素吸蔵材料に触媒をもはや導入することはできないか、または大きな困難を伴ってはじめて導入できる。したがって、これらの方法は、水素吸蔵材料を再生するにはまったく適していない。
したがって、本発明の目的は、少なくとも１種の金属水素化物を含有する水素吸蔵材料を活性化または再生する方法であって、この水素吸蔵材料が既に同一のタンクに導入されている場合でも安価に実施でき、上述のような従来技術の欠点を持たない方法、を提供することである。
本発明によれば、上記目的は、少なくとも１種の金属水素化物を含有する水素吸蔵材料を活性化または再生する方法であって、この少なくとも１種の金属水素化物を不活性溶媒と接触させ、その後この不活性溶媒を再び除去する方法、により達成される。本発明において、“不活性溶媒”とは、接触条件下では水素吸蔵材料と化学的に反応しないもの、特に、この材料を酸化または還元しないもの、を指す。この不活性溶媒は、同一のタンク内の水素吸蔵材料に添加するのが好ましい。
上記水素吸蔵材料は、水素化ホウ素錯体、水素化アルミニウム錯体、および／または水素化マグネシウムのような金属水素化物を含有するのが好ましく；ＮａＡｌＨ4、ＬｉＡｌＨ4、Ｌｉ3ＡｌＨ6、ＬｉＮａ2ＡｌＨ6、Ｃａ（ＡｌＨ4）2、ＭｇＨ2及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属水素化物を含有するのがよりいっそう好ましく；ＭｇＨ 2 と組合わせたＬｉＢＨ4、ＮａＢＨ4、Ｃａ（ＢＨ4）2、ＬｉＡｌＨ4、ＮａＡｌＨ4、Ｃａ（ＡｌＨ4）2からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属水素化物を含有するのが最も好ましい。
不活性溶媒は、水、アルコール、より好ましくはエタノール、またはテトラヒドロフラン、エーテル、より好ましくはジエチルエーテル、ケトン、より好ましくはアセトン、アンモニア、アミン、アミドおよびそれらの組み合わせからなる群から選ばれるのが好ましい。水および／またはエタノールが最も好ましい。
水素吸蔵材料と不活性溶媒との接触と不活性溶媒の除去との間の時間は、好ましくは５秒〜６０分、より好ましくは１０秒〜６０分、最も好ましくは１０秒〜１０分である。
上記溶媒は次に再び除去される。これは、真空を施すか、または不活性溶媒と接触された水素吸蔵材料を加熱することにより実施するのがこのましい。
本発明に係る水素吸蔵材料を活性化または再生する方法によれば、水素吸蔵材料が既に同一のタンクに導入されている場合でも安価に実施できる。
実験を行う前に減圧下、４５０℃で５時間微粉砕した２ＮａＢＨ4＋ＭｇＨ2系の脱水素化を示す図である。 図１（水との接触なし）からの２ＮａＢＨ4＋ＭｇＨ2系のＸ線回折図形を示す図である。 実験を行う前、水の注入と除去後に減圧下、４５０℃で５時間微粉砕した２ＮａＢＨ4＋ＭｇＨ2系の脱水素化を示す図である。 図３（水との接触および水の除去後）からの２ＮａＢＨ4＋ＭｇＨ2系のＸ線回折図形を示す図である。 実験を行う前、エタノールの注入と除去後に（接触時間は１０秒）減圧下、４５０℃で５時間微粉砕した２ＮａＢＨ4＋ＭｇＨ2系の脱水素化を示す図である。 実験を行う前、エタノールの注入と除去後に（接触時間は１０分）減圧下、４５０℃で５時間微粉砕した２ＮａＢＨ4＋ＭｇＨ2系の脱水素化を示す図である。
本発明は以下の図面を介して説明する：
図１は、実験を行う前に減圧下、４５０℃で５時間微粉砕した２ＮａＢＨ4＋ＭｇＨ2系の脱水素化を示し、
図２は、図１（水との接触なし）からの２ＮａＢＨ4＋ＭｇＨ2系のＸ線回折図形を示し、
図３は、実験を行う前、水の注入と除去後に減圧下、４５０℃で５時間微粉砕した２ＮａＢＨ4＋ＭｇＨ2系の脱水素化を示し、
図４は、図３（水との接触および水の除去後）からの２ＮａＢＨ4＋ＭｇＨ2系のＸ線回折図形を示し、
図５は、実験を行う前、エタノールの注入と除去後に（接触時間は１０秒）減圧下、４５０℃で５時間微粉砕した２ＮａＢＨ4＋ＭｇＨ2系の脱水素化を示し、
図６は、実験を行う前、エタノールの注入と除去後に（接触時間は１０分）減圧下、４５０℃で５時間微粉砕した２ＮａＢＨ4＋ＭｇＨ2系の脱水素化を示す。
これらの図は、不活性溶媒との接触およびこの不活性溶媒の除去の後、反応速度の上昇だけでなく、驚くべきことには水素化もより完全に進行することを示している。
本方法は、水素吸蔵材料が吸収および脱離中たがいに相互作用する少なくとも２種の金属水素化物を含有していると、特に有益である。これらの成分のうち少なくとも１種、好ましくは水素化ホウ素錯体および／または水素化アルミニウム錯体、は好ましくは周囲温度（約２０〜２５℃）で不活性溶媒に可溶でなければならない。ＮａＢＨ4のような水素化ホウ素錯体に対する不活性溶媒としては、水、アルコール類、例えばエタノール、アンモニア、メチルアミンまたはエチルアミンのようなアミン類、またはジエチルエーテルまたはテトラヒドロフランのようなエーテル類等の配位性溶媒が特に好ましい。水素化アルミニウムに対する不活性溶媒としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、モノグリム、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、ジオキサンまたはジブチルエーテルのようなエーテル類が特に好ましい。

Claims (7)

  1. 少なくとも１種の金属水素化物を含有する水素吸蔵材料を活性化または再生する方法であって、
    前記少なくとも１種の金属水素化物を不活性溶媒と接触させ、次に前記不活性溶媒を再び除去する方法。
  2. 前記水素吸蔵材料は、水素化ホウ素錯体、水素化アルミニウム錯体、および／または水素化マグネシウムを含有する、
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記水素吸蔵材料は、ＮａＡｌＨ4、ＬｉＡｌＨ4、Ｌｉ3ＡｌＨ6、ＬｉＮａ2ＡｌＨ6、Ｃａ（ＡｌＨ4）2、ＭｇＨ2およびそれらの組み合わせからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属水素化物を含有する、
    請求項１または請求項２に記載の方法。
  4. 前記水素吸蔵材料は、ＭｇＨ 2 と組合わせたＬｉＢＨ4、ＮａＢＨ4、Ｃａ（ＢＨ4）2、ＬｉＡｌＨ4、ＮａＡｌＨ4、Ｃａ（ＡｌＨ4）2からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属水素化物を含有する、
    請求項３に記載の方法。
  5. 前記不活性溶媒は、水、アルコール、またはテトラヒドロフラン、エーテル、ケトン、アンモニア、アミン、アミドおよびそれらの組み合わせからなる群から選ばれる、
    請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の方法。
  6. 前記不活性溶媒は、真空を施すことにより、または加熱することにより除去される、
    請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の方法。
  7. 前記水素吸蔵材料と前記不活性溶媒との接触と前記不活性溶媒の除去との間の時間は、５秒〜１０分である、
    請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の方法。
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