JP5365130B2 - 水素貯蔵材料、水素貯蔵材料の製造方法、水素供給システム、燃料電池、内燃機関及び車両 - Google Patents
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Description
本発明の水素貯蔵材料は、水素を貯蔵する第1貯蔵材本体と第2貯蔵材本体とを備える。そして、第2貯蔵材本体は、第1貯蔵材本体の表面を被覆している。さらに、第1貯蔵材本体の水素発生温度における水素平衡圧が、第1貯蔵材本体より第2貯蔵材本体の方が低い。
[化1]
AlH3 → Al + (3/2)H2
しかしながら、水素発生温度(約200℃)における水素化アルミニウムの水素平衡圧は、約10GPaと著しく高い。そのため、一旦水素化アルミニウムの温度を分解温度まで上昇させた場合、水素化アルミニウムの容器から水素利用装置へ水素を供給する弁を閉じて容器内圧を上げたとしても、水素発生を中断させることが困難となる。また、水素化アルミニウムを水素貯蔵材料とした容器の耐圧を、水素化アルミニウムの水素平衡圧以上に製造することは困難であり、且つ、非合理的である。
[化2]
NaAlH4 → (1/3)Na3AlH6 + (2/3)Al + H2
本発明は、このように単位重量当たりの水素発生量が多く、且つ、水素平衡圧が高い第1貯蔵材本体1の表面を、第1貯蔵材本体1より水素平衡圧が低い第2貯蔵材本体2で被覆する。これにより水素貯蔵材料全体としてみれば、単位重量当たりの水素発生量が多く、且つ、水素平衡圧が低い材料とすることができる。このため、水素の放出を中断する場合には、水素貯蔵材料を収容した容器から水素利用装置へ水素を供給する弁を閉じることにより、容器内圧を上げて、第2貯蔵材本体の水素平衡圧以上とする。これにより水素貯蔵材料からの水素の放出を容易に中断させることができる。水素放出を再開させる場合には、水素を供給する弁を開いて容器内圧を低下させることにより、水素貯蔵材料から水素を放出させることができる。
まず、液相合成法により、平均粒子径が約100μmの水素化アルミニウムを調製した。なお、この水素化アルミニウムは、米国特許第6,228,338号明細書に記載の方法に基づき調製した。
実施例1と同様に、まず、平均粒子径が約100μmの水素化アルミニウムを調製した。さらに、ジエチルエーテルに水素化ナトリウムアルミニウムを溶解させ、水素化ナトリウムアルミニウムの濃度が0.75Mのジエチルエーテル溶液を200mL調製した。
実施例1と同様に、平均粒子径が約100μmの水素化アルミニウムを調製し、これを比較例1の水素貯蔵材料とした。
得られた実施例1、2及び比較例の水素貯蔵材料の水素放出量及び水素放出速度について、以下の評価を行った。
次に、本発明に係る水素貯蔵材料を使用した水素供給システムを説明する。図6は、水素供給システムの第1実施形態を説明するシステム構成図である。同図において、水素供給システム101は、容器11と、容器11に収容された本発明の水素貯蔵材料12と、容器11内に設けられた熱交換器13と、熱媒体を加熱及び冷却する加熱冷却装置14と、加熱冷却装置14から熱交換器13へ熱媒体を供給する熱媒体供給管15と、熱交換器13から加熱冷却装置14へ熱媒体を排出する熱媒体排出管16と、を備えている。さらに、水素供給システム101は、容器11内部で発生した水素をリザーブタンク18及び供給弁19へ供給する連結管17と、供給弁19から水素利用装置102へ水素を供給する供給管20と、水素利用装置102からの水素要求に基づいて加熱冷却装置14の動作及び供給弁19の開度を制御する制御ユニット21とを備えている。また、水素貯蔵材料の水素放出速度が十分に速い場合は、水素貯蔵材料を充填した容器中の空隙部分をリザーブタンクとして、高圧水素を貯蔵することもできる。
2 第2貯蔵材本体
11 容器
12 水素貯蔵材料
14 加熱冷却装置
15 熱媒体供給管
18 リザーブタンク
19 供給弁
20 供給管
21 制御ユニット
22 容器弁
23 リザーブタンク弁
101 水素供給システム
102 水素利用装置
Claims (11)
- 水素を貯蔵する第1貯蔵材本体と、
水素を貯蔵し、かつ、前記第1貯蔵材本体の表面を被覆する第2貯蔵材本体と、
を備え、
前記第1貯蔵材本体は、水素化アルミニウム、マグネシウムを含有する水素吸蔵合金及びチタンを含有する水素吸蔵合金からなる群より選ばれる少なくとも一つの第1金属水素化物を含有し、
前記第2貯蔵材本体は、アルミニウムとアルカリ金属との水素化物、アルミニウムとアルカリ土類金属との水素化物、ホウ素とアルカリ金属との水素化物及びホウ素とアルカリ土類金属との水素化物からなる群より選ばれる少なくとも一つの第2金属水素化物を含有し、
前記第1貯蔵材本体の水素発生温度における、前記第2貯蔵材本体の水素平衡圧が、前記第1貯蔵材本体の水素平衡圧より低いことを特徴とする水素貯蔵材料。 - 前記第2貯蔵材本体は第2金属水素化物であり、前記第1貯蔵材本体の表面は前記第2金属水素化物により完全に被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の水素貯蔵材料。
- 前記第1貯蔵材本体は第1金属水素化物であり、前記第2貯蔵材本体は第2金属水素化物であり、
前記第1金属水素化物と第2金属水素化物との間に、前記第1貯蔵材本体の成分と第2貯蔵材本体の成分が混合した組成を有する領域が存在していることを特徴とする請求項1又は2に記載の水素貯蔵材料。 - 前記第2金属水素化物は、非極性有機溶媒に溶解するものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の水素貯蔵材料。
- 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の水素貯蔵材料の製造方法において、
前記第2金属水素化物を非極性有機溶媒に溶解させた溶液を作成する工程と、
前記第1金属水素化物の表面に前記溶液を塗布又は含浸させる工程と、
前記第1金属水素化物から前記溶媒を蒸発させる工程と、
を有することを特徴とする水素貯蔵材料の製造方法。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の水素貯蔵材料から外部へ水素を供給する水素供給システムにおいて、
前記水素貯蔵材料を収容する容器と、
前記容器内の水素貯蔵材料を加熱及び冷却する加熱冷却装置と、
前記容器に接続され、前記容器内で発生した水素を外部へ供給する供給管と、
前記供給管上に設けられ、前記供給管内を流通する水素の流量を調節する供給弁と、
前記容器と前記供給弁との間に接続され、前記水素を一時的に貯留するリザーブタンクと、
を備えることを特徴とする水素供給システム。 - 前記容器の近傍に設けられ、前記容器の出口を開閉する容器弁と、
前記リザーブタンクと供給管との間に設けられ、前記リザーブタンクの出入口を開閉するリザーブタンク弁と、
をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の水素供給システム。 - 水素要求量と水素供給量に基づいて、前記供給弁、容器弁若しくはリザーブタンク弁の開度、又は前記加熱冷却装置による加熱及び冷却を制御する制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項7に記載の水素供給システム。
- 請求項6乃至8のいずれか一項に記載の水素供給システムから供給される水素を燃料とする燃料電池。
- 請求項6乃至8のいずれか一項に記載の水素供給システムから供給される水素を燃料とする内燃機関。
- 請求項9に記載の燃料電池又は請求項10に記載の内燃機関を備えた車両。
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