JP6890477B2 - 水素発生材料製造方法、燃料電池、水素発生方法 - Google Patents
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Description
本発明は水素を発生させる技術に係り、特に、燃料電池用の水素を発生させる技術に関する。
化石燃料の消費による地球温暖化や、エネルギー資源の逼迫の中で、水素をエネルギーとする燃料電池は注目されている。
燃料電池は、家庭用、産業用、自動車用、携帯機器用電源としての用途が考えられているが、特に、使いきりではなく、また、充電などに要する時間なども必要がなく、水素を発生させる材料を補充することで発電が可能になることから、長時間の運転に対応できる電池としての可能性は高いと言われている。
しかしながら水素発生材料の安全性や可搬性には改良すべき点があり、取り扱いが簡単で発電が容易な水素発生材料が求められている。
燃料電池は、家庭用、産業用、自動車用、携帯機器用電源としての用途が考えられているが、特に、使いきりではなく、また、充電などに要する時間なども必要がなく、水素を発生させる材料を補充することで発電が可能になることから、長時間の運転に対応できる電池としての可能性は高いと言われている。
しかしながら水素発生材料の安全性や可搬性には改良すべき点があり、取り扱いが簡単で発電が容易な水素発生材料が求められている。
保存・運搬・取り扱いに容易な水素発生材料を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、水素発生材料片と水とを反応させて水素を生成し、生成された水素と酸素を反応させて発電し、負荷に電力を供給する燃料電池の水素を発生させる燃料電池の前記水素発生材料片を製造する水素発生材料製造方法であって、添加金属とアルミニウムとが混合された溶射原料を成形して所定形状の溶射材料を得る成形工程と、前記溶射材料を熔融させて熔融物の溶滴を吹き飛ばして成膜用基板の成膜面に付着させて溶射膜を形成する溶射工程と、前記溶射膜を前記成膜面から剥離させ、前記溶射膜から所望形状の水素発生材料片を形成する片形成工程と、を有し、前記添加金属は、Ｓｎ、Ｉｎ又はＢｉのいずれか一種又は複数種から成り、アルミニウム１００質量％に対して０．１質量％以上２０質量％以下の範囲で含有させる水素発生材料製造方法である。
また、本発明は、前記溶射工程の後、前記溶射膜を圧延して薄くする圧延工程が設けられた水素発生材料製造方法である。
また、本発明は、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対してＳｉを０．２質量％以上０．５質量％以下の範囲で含有させた、水素発生材料製造方法である。
また、本発明は、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対して、Ｍｇを０．２質量％以上２質量％以下の範囲で含有させた、水素発生材料製造方法である。
また、本発明は、前記添加金属はＢｉを含有し、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対して０．２質量％以上２質量％以下の範囲でＭｇを含有させ、前記溶射膜又は前記水素発生材料片の少なくとも一方を熱処理する水素発生材料製造方法である。
また、本発明は、水素を発生させる水素発生装置と、水素と酸素を反応させて発電し、負荷に電力を供給する電池本体と、を有する燃料電池であって、前記水素発生装置は、水と水素発生材料片とを反応させ、水素を発生させて前記電池本体に供給する反応容器と、を有し、前記水素発生材料片は、添加金属とアルミニウムとが混合された溶射原料が熔融されて生成された溶滴が吹き飛ばされて成膜用基板の成膜面に付着して形成された溶射膜から形成され、前記添加金属は、Ｓｎ、Ｉｎ又はＢｉのいずれか一種又は複数種から成り、アルミニウム１００質量％に対して０．１質量％以上２０質量％以下の範囲で含有された燃料電池である。
また、本発明は、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対してＳｉを０．２質量％以上０．５質量％以下の範囲で含有された、燃料電池である。
また、本発明は、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対して、Ｍｇが０．２質量％以上２質量％以下の範囲で含有された燃料電池である。
また、本発明は、前記添加金属はＢｉを含有し、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対して０．２質量％以上２質量％以下の範囲でＭｇが含有され、前記溶射膜又は前記水素発生材料片は熱処理がされた燃料電池である。
また、本発明は、水素発生材料片と水とを反応容器内で反応させて水素を生成し、生成された水素と酸素を反応させて発電し、負荷に電力を供給する燃料電池の前記反応容器内で水素を発生させる水素発生方法であって、添加金属とアルミニウムとが混合された溶射原料を成形して所定形状の溶射材料を得る成形工程と、前記溶射材料を熔融させて溶滴を生成し、前記溶滴を吹き飛ばして成膜用基板の成膜面に付着させて溶射膜を形成する溶射工程と、前記溶射膜を前記成膜面から剥離させた後、前記溶射膜から所望形状の水素発生材料片を形成する切断工程と、前記水素発生材料片と水とを前記反応容器内で接触させ、反応によって水素を発生させる水素発生工程と、を有し、前記添加金属は、Ｓｎ、Ｉｎ又はＢｉのいずれか一種又は複数種から成り、アルミニウム１００質量％に対して０．１質量％以上２０質量％以下の範囲で含有させる水素発生方法である。
また、本発明は、前記溶射工程の後、前記切断工程の前に、前記溶射膜を圧延して薄くする圧延工程が設けられた水素発生方法である。
また、本発明は、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対してＳｉを０．２質量％以上０．５質量％以下の範囲で含有させた、水素発生方法である。
また、本発明は、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対して、Ｍｇを０．２質量％以上２質量％以下の範囲で含有させた、水素発生方法である。
また、本発明は、前記添加金属はＢｉを含有し、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対して０．２質量％以上２質量％以下の範囲でＭｇを含有させ、前記溶射膜又は前記水素発生材料片を熱処理する水素発生方法である。
また、本発明は、Ｓｎ、Ｉｎ又はＢｉのいずれか一種又は複数種から成る添加金属が、アルミニウム１００質量％に対して０．１質量％以上２０質量％以下の範囲で含有され、前記添加金属が前記アルミニウム中に分散された構造を有する水素発生材料である。
また、本発明は、前記アルミニウム１００質量％に対してＳｉを０．２質量％以上０．５質量％以下の範囲で含有する水素発生材料である。
また、本発明は、前記アルミニウム１００質量％に対してＭｇを０．２質量％以上２質量％以下の範囲で含有する水素発生材料である。
また、本発明は、前記添加金属はＢｉを含有し、前記アルミニウム１００質量％に対して０．２質量％以上２質量％以下の範囲でＭｇを含有し、熱処理がされた水素発生材料である。
また、本発明は、前記溶射工程の後、前記溶射膜を圧延して薄くする圧延工程が設けられた水素発生材料製造方法である。
また、本発明は、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対してＳｉを０．２質量％以上０．５質量％以下の範囲で含有させた、水素発生材料製造方法である。
また、本発明は、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対して、Ｍｇを０．２質量％以上２質量％以下の範囲で含有させた、水素発生材料製造方法である。
また、本発明は、前記添加金属はＢｉを含有し、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対して０．２質量％以上２質量％以下の範囲でＭｇを含有させ、前記溶射膜又は前記水素発生材料片の少なくとも一方を熱処理する水素発生材料製造方法である。
また、本発明は、水素を発生させる水素発生装置と、水素と酸素を反応させて発電し、負荷に電力を供給する電池本体と、を有する燃料電池であって、前記水素発生装置は、水と水素発生材料片とを反応させ、水素を発生させて前記電池本体に供給する反応容器と、を有し、前記水素発生材料片は、添加金属とアルミニウムとが混合された溶射原料が熔融されて生成された溶滴が吹き飛ばされて成膜用基板の成膜面に付着して形成された溶射膜から形成され、前記添加金属は、Ｓｎ、Ｉｎ又はＢｉのいずれか一種又は複数種から成り、アルミニウム１００質量％に対して０．１質量％以上２０質量％以下の範囲で含有された燃料電池である。
また、本発明は、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対してＳｉを０．２質量％以上０．５質量％以下の範囲で含有された、燃料電池である。
また、本発明は、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対して、Ｍｇが０．２質量％以上２質量％以下の範囲で含有された燃料電池である。
また、本発明は、前記添加金属はＢｉを含有し、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対して０．２質量％以上２質量％以下の範囲でＭｇが含有され、前記溶射膜又は前記水素発生材料片は熱処理がされた燃料電池である。
また、本発明は、水素発生材料片と水とを反応容器内で反応させて水素を生成し、生成された水素と酸素を反応させて発電し、負荷に電力を供給する燃料電池の前記反応容器内で水素を発生させる水素発生方法であって、添加金属とアルミニウムとが混合された溶射原料を成形して所定形状の溶射材料を得る成形工程と、前記溶射材料を熔融させて溶滴を生成し、前記溶滴を吹き飛ばして成膜用基板の成膜面に付着させて溶射膜を形成する溶射工程と、前記溶射膜を前記成膜面から剥離させた後、前記溶射膜から所望形状の水素発生材料片を形成する切断工程と、前記水素発生材料片と水とを前記反応容器内で接触させ、反応によって水素を発生させる水素発生工程と、を有し、前記添加金属は、Ｓｎ、Ｉｎ又はＢｉのいずれか一種又は複数種から成り、アルミニウム１００質量％に対して０．１質量％以上２０質量％以下の範囲で含有させる水素発生方法である。
また、本発明は、前記溶射工程の後、前記切断工程の前に、前記溶射膜を圧延して薄くする圧延工程が設けられた水素発生方法である。
また、本発明は、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対してＳｉを０．２質量％以上０．５質量％以下の範囲で含有させた、水素発生方法である。
また、本発明は、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対して、Ｍｇを０．２質量％以上２質量％以下の範囲で含有させた、水素発生方法である。
また、本発明は、前記添加金属はＢｉを含有し、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対して０．２質量％以上２質量％以下の範囲でＭｇを含有させ、前記溶射膜又は前記水素発生材料片を熱処理する水素発生方法である。
また、本発明は、Ｓｎ、Ｉｎ又はＢｉのいずれか一種又は複数種から成る添加金属が、アルミニウム１００質量％に対して０．１質量％以上２０質量％以下の範囲で含有され、前記添加金属が前記アルミニウム中に分散された構造を有する水素発生材料である。
また、本発明は、前記アルミニウム１００質量％に対してＳｉを０．２質量％以上０．５質量％以下の範囲で含有する水素発生材料である。
また、本発明は、前記アルミニウム１００質量％に対してＭｇを０．２質量％以上２質量％以下の範囲で含有する水素発生材料である。
また、本発明は、前記添加金属はＢｉを含有し、前記アルミニウム１００質量％に対して０．２質量％以上２質量％以下の範囲でＭｇを含有し、熱処理がされた水素発生材料である。
水素発生材料を安全に保管することができる。
水素ガスを安全に発生させることができる。
必要な量の水素を発生させることができる。
水素ガスを安全に発生させることができる。
必要な量の水素を発生させることができる。
まず、水素発生材料の製造工程を説明する。
＜成形工程＞
先ず、アルミニウムに、後述する添加金属を添加してアルミニウム合金から成る溶射原料４を作成する（図１(ａ)）。
＜成形工程＞
先ず、アルミニウムに、後述する添加金属を添加してアルミニウム合金から成る溶射原料４を作成する（図１(ａ)）。
例えば、熔融されたアルミニウムに添加金属を添加して混合し、冷却して溶射原料を作成してもよいし、アルミニウムと添加金属とを加熱溶融させ、混合した後冷却して溶射原料を作成してもよい。溶射原料は例えばインゴット状である。
次に、溶射原料を所定の形状に加工して溶射材料を得る。溶射材料を構成するアルミニウム合金は、溶射原料と同じ成分である。
図１(ｂ)の符号２は溶射原料がワイヤー形状に成形された溶射材料であり、ワイヤー形状の溶射材料２を作成する加工法としては、伸線加工、引き抜き加工、押し出し加工等の加工方法が挙げられる。
図１(ｂ)の符号２は溶射原料がワイヤー形状に成形された溶射材料であり、ワイヤー形状の溶射材料２を作成する加工法としては、伸線加工、引き抜き加工、押し出し加工等の加工方法が挙げられる。
＜溶射工程＞
次に、図２の符号６０は、この溶射材料２を溶射処理する溶射装置である。
この溶射装置６０は、ノズル６１の内部に溶射室６３が設けられている。溶射室６３の内部には、溶射材料２が配置されており、溶射材料２の熔融物が吹き飛ばされて形成された溶滴である溶射物７３が放出される放出口６６の前面には、成膜用基板１０の成膜面２１が配置されている。成膜用基板１０は金属製又はセラミックス製の板であり、成膜面２１は、その片面である。
次に、図２の符号６０は、この溶射材料２を溶射処理する溶射装置である。
この溶射装置６０は、ノズル６１の内部に溶射室６３が設けられている。溶射室６３の内部には、溶射材料２が配置されており、溶射材料２の熔融物が吹き飛ばされて形成された溶滴である溶射物７３が放出される放出口６６の前面には、成膜用基板１０の成膜面２１が配置されている。成膜用基板１０は金属製又はセラミックス製の板であり、成膜面２１は、その片面である。
溶射室６３には着火装置が配置されており、また、溶射室６３にはガス流路６４と圧縮空気流路６５とが接続されている。
ガス流路６４はガス源に接続されており、ガス源から溶射装置６０に供給された燃焼ガスと酸素とが、ガス流路６４を通って溶射室６３の内部に流入すると、着火装置によって着火され、燃焼ガスの燃焼が開始される。
ガス流路６４はガス源に接続されており、ガス源から溶射装置６０に供給された燃焼ガスと酸素とが、ガス流路６４を通って溶射室６３の内部に流入すると、着火装置によって着火され、燃焼ガスの燃焼が開始される。
溶射材料２は棒状体であり、その先端が溶射室６３の内部に位置するようにされている。
圧縮空気流路６５は圧縮空気源に接続されており、圧縮空気流路６５から送られる圧縮空気によってガス流路６４から送られる燃焼ガスをノズル６１の内部で燃焼させて燃焼フレームが生成されると、溶射材料２の先端は、燃焼ガスのフレーム(炎)６９と接触し、又はフレーム６９に近接した場所に位置し、燃焼ガスの燃焼によって加熱され、熔融して熔融物が生成される。
圧縮空気流路６５は圧縮空気源に接続されており、圧縮空気流路６５から送られる圧縮空気によってガス流路６４から送られる燃焼ガスをノズル６１の内部で燃焼させて燃焼フレームが生成されると、溶射材料２の先端は、燃焼ガスのフレーム(炎)６９と接触し、又はフレーム６９に近接した場所に位置し、燃焼ガスの燃焼によって加熱され、熔融して熔融物が生成される。
圧縮空気源から溶射装置６０に供給された圧縮空気は圧縮空気流路６５を流れて溶射材料２の熔融物に衝突し、熔融物を吹き飛ばして溶滴を形成する。溶滴である溶射物７３は、溶射室６３に設けられた放出口６６から溶射装置６０の外部に、圧縮空気と共に噴出され、空中を飛行する。
図１（ｃ）に示す通り、溶射物７３の飛行先には成膜面２１が配置されており、溶射物７３は成膜面２１に衝突すると付着する。この付着が進行すると溶射物７３の堆積が進行し、溶射物７３から成る溶射膜５が形成される（図１（ｄ））。溶射膜５の膜厚は２〜３ｍｍである。
溶射膜５は、アルミニウムに添加金属が分散された粒子同士が重なり合って互いに固着された構造になっており、添加金属が添加された熔融アルミニウムを鋳造して得られたアルミニウム合金に比べると、添加金属が均一に分散され、溶射膜５は水崩壊性を有している。
成膜面２１は平坦に形成され、鏡面に仕上げられているので、溶射膜５は成膜用基板１０から容易に剥離させることができる。
成膜面２１は平坦に形成され、鏡面に仕上げられているので、溶射膜５は成膜用基板１０から容易に剥離させることができる。
＜圧延工程＞
剥離させた溶射膜５を図１（ｅ）の圧延装置２０の台２３上に配置し、圧延ローラ３２によって溶射膜５を押圧しながら回転軸３３を中心として圧延ローラ３２を回転させる。溶射膜５は押圧されて薄くされて面積が大きくなる。符号６は薄くされた溶射膜を示している。
剥離させた溶射膜５を図１（ｅ）の圧延装置２０の台２３上に配置し、圧延ローラ３２によって溶射膜５を押圧しながら回転軸３３を中心として圧延ローラ３２を回転させる。溶射膜５は押圧されて薄くされて面積が大きくなる。符号６は薄くされた溶射膜を示している。
＜切断工程＞
薄くされた溶射膜６が所望の大きさに截断されると、可搬性を有する水素発生材料片が得られる。
薄くされた溶射膜６が所望の大きさに截断されると、可搬性を有する水素発生材料片が得られる。
＜燃料電池＞
その水素発生材料片を用いる燃料電池について説明する。
図３(ｂ)はその燃料電池１であり、水素発生装置７と電池本体８とを有している。
その水素発生材料片を用いる燃料電池について説明する。
図３(ｂ)はその燃料電池１であり、水素発生装置７と電池本体８とを有している。
先ず、水素発生装置７を説明すると、図３(ａ)を参照し、水素発生装置７は反応容器９を有しており、反応容器９の内部には水素発生材料片が配置されている。図３(ａ)の符号３は、小径の円盤状に成形された水素発生材料片を示している。
反応容器９は、開口４５と、開口４５を塞ぐ蓋４６とを有しており、蓋４６を開けると、開口４５から反応容器９の内部に水を注入できるようにされている。
反応容器９は、開口４５と、開口４５を塞ぐ蓋４６とを有しており、蓋４６を開けると、開口４５から反応容器９の内部に水を注入できるようにされている。
次に、電池本体８を説明すると、電池本体８は反応容器１１を有しており、反応容器１１の内部は板状にされた電解質１４によって燃料室１３と空気室１５とに二分されている。ここでは、電解質１４には固体電解質が用いられている。
燃料室１３側の電解質１４の片面には燃料極１６が密着して配置され、燃料室１３の内部空間は燃料極１６と接触しながら電解質１４とは非接触にされている。また、電解質１４の空気室１５側の面には空気極１７が密着して配置され、空気室１５の内部空間は空気極１７と接触しながら電解質１４とは非接触にされている。
ここでは、燃料極１６の電解質１４と接触した面とは反対側の面は燃料室１３の内部空間に露出されており、空気極１７の電解質１４と接触した面とは反対側の面は空気室１５の内部空間に露出されている。
反応容器９には水素ガス放出口１２が設けられ、燃料室１３には水素ガス導入口２７が設けられており、水素ガス放出口１２と水素ガス導入口２７とを配管２８によって接続すると、反応容器９の内部空間と燃料室１３の内部空間とが配管２８によって接続される。
開口４５から水を反応容器９の内部に投入し、次いで、水素発生材料片３を開口４５から投入し、蓋４６によって開口４５を閉じる。
開口４５から水を反応容器９の内部に投入し、次いで、水素発生材料片３を開口４５から投入し、蓋４６によって開口４５を閉じる。
水素発生材料片３は、Ａｌに添加金属が含有されたアルミニウム合金であり、添加金属は、Ｓｎ、Ｉｎ又はＢｉのいずれか一種又は複数種から成り、アルミニウム１００質量％に対して(以下同じ)、添加金属を０．１質量％以上２０質量％以下の範囲で含有されている。
水素発生材料片３は水と接触すると、水は、水素発生材料片３を構成する粒子の間に侵入し、アルミニウム合金と水とが反応して水素ガスが発生する。
Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉはアルミニウム中に均一に分散されることで、アルミニウム合金が水と接触したときに、電気化学的な反応を起こし水素発生材料片３を構成するアルミニウム合金が水素を発生させながら崩壊する。
Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉはアルミニウム中に均一に分散されることで、アルミニウム合金が水と接触したときに、電気化学的な反応を起こし水素発生材料片３を構成するアルミニウム合金が水素を発生させながら崩壊する。
水素発生材料片３が全部反応するまでには所定時間を要し、その間には水素は継続して発生する。
また、水素の発生量は水素発生材料片３の量に比例しており、反応容器９の中に投入する水素発生材料片３の量によって発生する水素の量を制御することができる。
また、水素発生材料片３の反応が終了しても、新しい水素発生材料片３を反応容器９に投入することで、水素ガスの発生を再開することができる。
また、水素の発生量は水素発生材料片３の量に比例しており、反応容器９の中に投入する水素発生材料片３の量によって発生する水素の量を制御することができる。
また、水素発生材料片３の反応が終了しても、新しい水素発生材料片３を反応容器９に投入することで、水素ガスの発生を再開することができる。
＜発電工程＞
このように、水素発生材料片３が反応容器９の内部で水崩壊し、Ｈ2(水素ガス)を発生させると、発生したＨ2は、燃料室１３に移動する。
このように、水素発生材料片３が反応容器９の内部で水崩壊し、Ｈ2(水素ガス)を発生させると、発生したＨ2は、燃料室１３に移動する。
燃料極１６は水素ガスを透過させ、空気極１７は酸素ガスを透過させるように構成されている。燃料室１３内に導入された水素ガスは、燃料極１６の内部に侵入する。
空気室１５には、空気導入口２５と排出口２６とが設けられており、空気導入口２５から空気室１５の内部に空気が導入され、空気が空気極１７に接触すると、酸素ガスは空気極１７の内部に侵入する。
燃料極１６の内部で電子が水素ガスから燃料極１６に移動して水素イオンが生成され、空気極１７の内部で電子が空気極１７から酸素ガスに移動して酸素イオンが生成される。燃料極１６と空気極１７とは、端子２４、２２に接続されており、端子２２、２４の間に負荷を接続すると、水素ガスから放出された電子は燃料極１６から負荷を通って空気極１７へ移動し、その結果、負荷に電流が流れる。
電解質１４は、水素イオン又は酸素イオンが通過する材料で構成されており、電解質１４内を水素イオンが移動すると、電解質１４と空気極１７とが接触する場所で水が生成され、電解質１４の内部を酸素イオンが移動すると、電解質１４と燃料極１６とが接触する場所で水が生成される。
ここでは電解質１４には水素イオンが移動する材料が用いられており、電解質１４と空気極１７とが接触する場所で生成された水は空気極１７を通過して空気室１５の内部空間に放出され、排出口２６から大気中に放出される。
反応容器９の内部で水素発生材料片３が水素を発生させている間は、水素イオンと酸素イオンとが生成され、水素イオンと酸素イオンとが化合して水が生成される。その間は燃料電池１は発電して負荷に電力を供給しており、水素発生材料片３の水崩壊が終了すると、発電を終了させてもよいし、反応容器９に水素発生材料片３を追加して発電を継続させてもよい。
なお、水素発生材料片３の作成方法として、アルミニウムに添加金属を添加して混合するだけでは水崩壊性を発現させることはできず、一旦アルミニウムと添加金属とを混合して得られたアルミニウム合金から、溶射材料を成形し、溶射方法によって熔融・溶射・固化させた後、所定形状に成形すると、水崩壊性を有する水素発生材料片３を得ることができる。
添加金属に加え、アルミニウム合金に０．５質量％以下の範囲でＣｅを添加しておくと、水崩壊性が安定して発現するようになる。また、添加金属に加え、アルミニウム合金にＴｉを添加するとアルミニウムの再結晶化温度が上昇するので、溶射によって溶射膜を形成する際に、添加金属の析出を防止することができる。Ｔｉは、Ａｌ１００質量％に対して０．１３質量％以上４質量％以下の含有率で含有させるとよい。
本発明の水素発生材料片３の一部は、特に空気を遮断しなくても長期間の保存ができるように調整可能である。
アルミニウム１００質量％に対してＳｉを０．２質量％以上０．５質量％以下の範囲で含有させると、水崩壊性を維持したまま、空気中の水分による水崩壊を防止することができる。
Ｓｉを添加して空気中の水分による水崩壊を防止した本発明の水素発生材料片３を、５年間大気に接触する状態で保管したが、変化はなかった。さらにその水素発生材料片３を水の中に投入すると、直ちに反応が始まり水素が発生した。
また、アルミニウム１００質量％に対してＭｇを０．２質量％以上含有させても、空気中の水分による水崩壊を防止することができる。但し、２質量％を超えると加工性が悪くなるのでＭｇは、０．２質量％以上２質量％以下含有させることが好ましい。
特に、添加金属としてＢｉを含有する場合に、更にＭｇを含有させると、溶射膜が形成された後２００℃以上３００℃以下の温度に昇温される熱処理が行われると水又は温水(「温水」は６０℃以上１００℃以下に昇温した水とする。)で水崩壊するが、熱処理が行われない場合には、水又は温水では水崩壊が発生しなくなる。
熱処理は溶射膜５に行っても良いし、水素発生材料片３に行っても良い。圧延ローラ３２で溶射膜５を薄くする際に、圧延ローラ３２を加熱し、押圧する溶射膜５を２００℃以上３００℃以下の温度に加熱するようにしてもよい。
従って、溶射膜５の形成後、熱処理を行わないで水素発生材料片３を作成し、使用の直前に熱処理を行うようにすれば、保管中に水崩壊が発生しない水素発生材料片３を得ることができる。
このように本発明の水素発生材料片３は、水との反応性を調整することができるが、反応性を高くしたい場合や、湿度の高い環境でより長期の保管する場合、浸水などによる反応を防止する場合には、水素発生材料片３を樹脂フィルムで封止し、水素発生材料片３と大気や水分とが接触しないようにしてもよいし、水素発生材料片３を容器に入れ、容器に蓋をして水素発生材料片３と大気や水分とが接触しないようにしてもよい。
このように本発明の水素発生材料片３は、アルカリ金属のように特別な保管手段を必要とすることなく長期の保管が可能なので、長期保管が望まれる緊急災害用の燃料電池の水素発生材料として好適である。
さらに、水としては、水道水の他、海水、湖水、河川の水、雨水等を使用でき、水が主成分であれば種類・純度を問わないので、災害時に好適である。
さらに、水としては、水道水の他、海水、湖水、河川の水、雨水等を使用でき、水が主成分であれば種類・純度を問わないので、災害時に好適である。
特に燃料電池は回転機構等がないためメンテナンス無しで長期の保管が可能で、軽量で、かつ、単独で発電可能なため、遠隔地や離島での緊急発電機として期待される。さらに、本発明の水素発生材料片３を備蓄すれば、安全に長期間の保管が可能である。
１３……燃料室
１４……電解質
１５……空気室
１６……燃料極
１７……空気極
２５……空気導入口
２６……排出口
２７……水素ガス導入口
２８……配管
１４……電解質
１５……空気室
１６……燃料極
１７……空気極
２５……空気導入口
２６……排出口
２７……水素ガス導入口
２８……配管
Claims (10)
- 水素発生材料片と水とを反応させて水素を生成し、生成された水素と酸素を反応させて発電し、負荷に電力を供給する燃料電池の水素を発生させる燃料電池の前記水素発生材料片を製造する水素発生材料製造方法であって、
添加金属とアルミニウムとが混合された溶射原料を成形して所定形状の溶射材料を得る成形工程と、
前記溶射材料を熔融させて熔融物の溶滴を吹き飛ばして成膜用基板の成膜面に付着させて溶射膜を形成する溶射工程と、
前記溶射膜を前記成膜面から剥離させ、前記溶射膜から所望形状の水素発生材料片を形成する片形成工程と、
を有し、
前記添加金属は、Ｓｎ、Ｉｎ又はＢｉのいずれか一種又は複数種から成り、アルミニウム１００質量％に対して０．１質量％以上２０質量％以下の範囲で含有させる水素発生材料製造方法。 - 前記溶射工程の後、前記溶射膜を圧延して薄くする圧延工程が設けられた請求項１記載の水素発生材料製造方法。
- 前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対してＳｉを０．２質量％ 以上０．５質量％以下の範囲で含有させた、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の水素発生材料製造方法。
- 前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対して、Ｍｇを０．２質量％以上２質量％以下の範囲で含有させた、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の水素発生材料製造方法。
- 前記添加金属はＢｉを含有し、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％ に対して０．２質量％以上２質量％以下の範囲でＭｇを含有させ、前記溶射膜又は前記水素発生材料片の少なくとも一方を熱処理する請求項１乃至請求項３のいずれか１ 項記載の水素発生材料製造方法。
- 水素発生材料片と水とを反応容器内で反応させて水素を生成し、生成された水素と酸素を反応させて発電し、負荷に電力を供給する燃料電池の前記反応容器内で水素を発生させる水素発生方法であって、
添加金属とアルミニウムとが混合された溶射原料を成形して所定形状の溶射材料を得る成形工程と、
前記溶射材料を熔融させて溶滴を生成し、前記溶滴を吹き飛ばして成膜用基板の成膜面に付着させて溶射膜を形成する溶射工程と、
前記溶射膜を前記成膜面から剥離させた後、前記溶射膜から所望形状の水素発生材料片を形成する切断工程と、
前記水素発生材料片と水とを前記反応容器内で接触させ、反応によって水素を発生させる水素発生工程と、を有し、
前記添加金属は、Ｓｎ、Ｉｎ又はＢｉのいずれか一種又は複数種から成り、アルミニウム１００質量％に対して０．１質量％以上２０質量％以下の範囲で含有させる水素発生方法。 - 前記溶射工程の後、前記切断工程の前に、前記溶射膜を圧延して薄くする圧延工程が設けられた請求項６記載の水素発生方法。
- 前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対してＳｉを０．２質量％以上０．５質量％以下の範囲で含有させた、請求項６又は請求項７のいずれか１項記載の水素発生方法。
- 前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対して、Ｍｇを０．２質量％以上２質量％以下の範囲で含有させた、請求項６乃至請求項８のいずれか１項記載の水素発生方法。
- 前記添加金属はＢｉを含有し、前記溶射原料には前記アルミニウム１００質量％に対して０．２質量％以上２質量％以下の範囲でＭｇを含有させ、前記溶射膜又は前記水素発生材料片を熱処理する請求項６乃至請求項８のいずれか１項記載の水素発生方法。
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