JPS58223601A - 水素貯蔵用素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、水素貯蔵用素子に関するものである。

従来、水素全貯蔵する手段としては、タンク内に水素ガ
ス全高圧で貯蔵する方法や、ボンベ内に液体水素を入れ
て貯蔵する方法などが採用されているが、貯蔵効率が低
く、安全性にも劣り、電歇が犬で、取扱いが容易でない
などの問題があった。

一方、多くの金属（合金を含む）は水素化合物を形成し
、特定の条件下において可逆的に水素を吸収（貯蔵）・
放出するという特性を有してお９、このような特性を活
用することによって水素の貯蔵、供給、ｎ製、圧力調整
、化学反応、電極反応等を行わせようとする試みが数多
くなされるようになってきている。

そして、とくに仁のような水素の貯蔵・放出に適する金
属（合金）としては、Ｍｇ　、　Ｖ　、　Ｎｂ等の金属
単体や、Ｌａ　−Ｎｉ系、　Ｌａ　−Ｃｏ系、Ｓｍ−Ｃ
。

系、　Ｍｇ　−Ｃｕ系、　Ｍｇ−Ｎｉ系、　Ｆｅ　−Ｔ
Ｉ系；’ｒｉ−Ｍｎ系、Ｖ−Ｎｂ系等の合金などが知ら
れている。

そして、これらの金属水累化物ヲ用いて水素の吸蔵・放
出を行うには、一般的には、水素の流出入口を有する密
閉容器内に水素貯蔵金属金入れ、水素を加圧供給して当
該水素を吸蔵させ、必要時に１前記水素を吸蔵している
金属を加熱しあるいは雰囲気を減圧することにより水素
を放出させるようにしていた。

しかしながら、このような水素貯蔵金属は、水素の吸蔵
・放出を繰返えすことによって次第に微粉化し、数μ〜
数十μの粉末状となって安定した大きさとなる。

したがって、このような場合には、水素の吸蔵放出を繰
返えすことによって、水素貯蔵金属の微粉末層内に粗密
部分ができやすくなると共に１次第に密度（かさ比重）
が大きくなって空隙部分が少なくなり、水素の拡散が制
限されて、水素の吸蔵・放出速度と充填効率が低下する
という問題を有し、さらに、粉末状の水素貯蔵金属の洩
出全防止するために、水素の流出入経路に多孔質フィル
タを使用することが多いが、長期間使用した場合に１こ
の多孔質フィルタに粉末が詰まって水素の流出入の速度
が低下するという問題をも有していた。

そこで、このような問題点を解消するために、粉末状水
素貯蔵金属を複数の室内にそれぞれ入れて区画収納し、
各室の水素流出入口をつなぐようＫしたり、粉末状水素
貯蔵金属の中にチューブ状の多孔質フィルタを多数埋設
して両者の接触面積ができるだけ広くなるようにするこ
とも考えられた。しかし、複数室に分けた場合で４各室
内で粉末状水素貯蔵金属の凝集を生じて水素の吸蔵・放
出効率が低下することがあり、チューブ状の多孔質フィ
ルタを用いる場合にはこのフィルタの製作コストが大と
なると共に長い寸法のチュー　ブ状多孔質フィルタを製
作することが困難であるため水素貯蔵装置の大きさに限
界があるなどの問題を有していた。

この発明は、上記したような従来の種々の問題点に着目
してなされたもので、水素の吸蔵・放出を繰返す間にお
いても水素貯蔵金属の凝集による障害を解消し、水素貯
蔵金属における空隙部分を良好に確保することができ、
水素貯蔵金属を収容する多孔質の外殻体との間での接触
面積を広くとることが容易に可能であり、水素の吸蔵・
放出速度を高く維持することができ、製造コストも低い
という、水素貯蔵装置に適する水素貯蔵用素子を提供す
ることを目的としている。

この発明による水素貯蔵用素子は、部分的または全体的
に多孔質の外殻内に水素貯蔵金属を収容してなることを
特徴としている。この水素貯蔵用素子は、該水素貯蔵用
素子の複数をまとめた水素貯蔵体を構成するための素子
として使用するととが可能であり、さらに、水素の流出
入口を有する密閉容器内に水素貯蔵金属を入れて構成さ
れる水素貯蔵装置の一部を構成するものとなすことが可
能である。

以下、この発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図は、この発明の一実施例による水素貯蔵用素子を
示すもので、この水素貯蔵用素子１人は、立方体状でか
つ多孔質である中空状の外殻２内に、水素貯蔵金属δを
収容してなるものである。

この場合、外殻２の材質としては、ステンレス鋼、銅、
その他金属の単体および合金、木うミックス、プラスチ
ックス、ガラス、ゴムなどを使用することができ、通気
性のある多孔質のものを使用する。このとき多孔質を形
成す、る際には、粉末の成形体、焼結体、あるいは発泡
体などを使用することができる。また、外殻２の壁部の
厚さおよび一辺の大きさは、水素貯蔵用素子１人の製造
方法や使用条件などによって適宜定めるのが良いが、厚
さが大きすぎると全体として水素貯蔵に預る部分が少な
くなって水素貯蔵効率が悪くなり、また、−辺の大きさ
が大きすき゛ると水素貯蔵金属３の凝集を生じるおそれ
があるので、これらの点も考慮するのが良い。

一方、水素貯蔵金属６としては、前記例示したような単
一金属あるいは合金系等の従来既知のものの中から適宜
選んで使用する。

上記水素貯蔵金ｓ　６を外殻２内に収容するに際しては
、水素貯蔵金属６が水素全吸蔵した状態ではその体積を
増大することから、外殻２の内容積の２０〜９０９！＋
程度収容するのがよい。なお、外殻２が通気性のあるゴ
ム等の伸縮可能なものであれば、前記水素貯蔵金属６の
充填比率をさらに高めることもできる。

このような立方体形の水素貯蔵用素子１人け、例えば、
複数段の棚や網の上・に、複数の当該水素貯蔵用素子Ｉ
Ａ’を互込に接触しないように並べて装置して、各素子
ＩＡが水素を良好に吸蔵したや放出したりできるように
する場合に用いると好都合である。

第２図は、この発明の他の実施例を示すもので、図に示
す水素貯蔵用素子１Ｂは、外殻２が中空球状をなす場合
である。このような外形が球状をなす水素貯蔵用素子１
Ｂを多数並べた場合には、球と球との間にそれぞれ隙間
が形成されるので、適宜の容器内に詰め込んで使用する
ときに好都合である。なお、−例において、通気性外殻
２としてゴム等の伸縮性のあるものを使用し、外殻２の
内容積とほぼ同量の水素貯蔵金属６を収容した場合には
、水素貯蔵金属６が水素を吸蔵した状態では外殻２が各
隙間部分に向けて膨張し、水素の吸蔵・放出に対応して
各水素貯蔵用素子１Ｂ間の隙間が減少・増大する状態と
なり、水素貯蔵効率の高いものとなる。

第３図〜第９図は各々この発明のさらに他の実施例を示
すもので、第３図は外殻２が中空状正三角錐をかす場合
の水素貯蔵用素子ＩＣ，第４図は外殻２が中空状正六角
柱をなす場合の水素貯蔵用素子ＩＤ、第５図は外殻２が
中空偏平状をなす場合の水素貯蔵用累子ＩＫ、第６図は
外殻２が中空円柱状をなす場合の水素貯蔵用素子ＩＦ、
第７図は外殻２が中空長方体状金なす場合の水素貯蔵用
素子ＩＧ、第８図は外殻２が中空円筒状をなす場合の水
素貯蔵用素子ＩＨ，第９図は外殻２が中空板状をなす場
合の水素貯蔵用素子１■をそれぞれ削示しており、いず
れの場合においても水素貯蔵金属６が水素吸蔵時に一膨
張した際に外殻２を破壊しないように、その膨張量全考
慮して、水素貯蔵金属６を外殻２の内容積よりも２０〜
９０％程度少なくしたり、外殻２を伸縮性のあるものと
したりするなどの処置をとっておくのが良い。そして、
第３図〜第９図に示す実施例の場合においても、外殻２
の壁部の厚さや一辺あるいは直径等の大きさは、各水素
貯蔵用素子１Ｃ〜１■の製造方法や使用条件などによっ
て適宜定めるのが良い。また、同時に、外殻２と水素貯
蔵金属６との体積比を考慮して容積に対する水素貯蔵効
率を高めたり、水素貯蔵金属６の凝集をなくすようにす
ることも必要である。ｈあ゛、傅％２ｅ＋ヂ咬弘Ｉま、
１組方、すのＣ・ｒｔｔ愛さ貞７１い二ｌｉう修２鷲３
゜上記水素貯蔵用素子において、第５図〜ｇ９図に示す
形状のものでは、間隔をおいて並べた多数の水素貯蔵用
素子１Ｅ〜ＩＩ’にそれぞれの両端部分で支持するよう
にして、水素の吸蔵・放出を行わせるのに適している。

また、第８図に示すような中空円筒状とすれば、水素の
流通を第６図のものに比べてより良好に行うことができ
る。

第１０図および第１１図は、第２図の水素貯蔵用素子Ｉ
Ｂ’に多数用いた水素貯蔵体を示す図であって、第１０
図に示す水素貯蔵体５は、金網６の中に多数の水素貯蔵
用素子１Ｂ金収めた場合を示し、第１１図に示す水素貯
蔵体５は、多孔質の箱７の中に多数の水素貯蔵用素子１
Ｂ金収めた場合を示している。これらの場合、金網６お
よび箱７の外形状が図示例のような長方体状に限定され
るものでは危く、球９円筒、ドーナツツ形円筒、正三角
錐、正八面体等々の外形状のものとすることができる。

また、金網６および箱７の中に収容する水素貯蔵用素子
についても、図示のように、球状の水素貯蔵用素子ＩＢ
Ｋ限らず、その他の例えば図に示す水素貯蔵用素子ＩＡ
、ＩＣ〜ＩＩ’に適宜数収容して水素貯蔵体を構成する
ようになすことももちろん可能である。

第１２図および第１３図は、この発明の実施例による水
素貯蔵用素子１Ａ〜１工のうちの１Ｂを用いて水素貯蔵
装置を構成した場合を示す図であって、第１２図に示す
水素貯蔵装置１０は、水素の流出入口１１を有する密閉
容器１２内に第２図に示す水素貯蔵用累子ＩＢ’ｒ多数
収容して構成したものであり、第１３図に示す水素貯蔵
袋＠、１０は、水素の流出入口１１を有する密閉容器１
２内に、第１１図に示す水素貯蔵体５を２個（個数の増
減は構わない）収容して構成したものである。

なお、図において、１３はバルブ、１４は水素流出入用
の導管である。また、この場合にも、水素貯蔵用素子１
Ｂの代わり釦他の水素貯蔵用素子ＩＡ、ＩＣ〜１１を用
いることができ、必要に応じて形状の異なる水素貯蔵用
素子１Ａ〜ＩＩ’に混在させることもできる。

次に第１２図に示すこの発明の一実施例による水素貯蔵
用素子１Ｂを多数用いた水素貯蔵装置１０と、第１４図
に示す従来の水素貯蔵装置２０（図において、２１は密
閉容器、２２は粉末状水素貯蔵金属、２６はぢ孔質フィ
ルタ、２４は水素流出入口である。）と責ついて、それ
ぞれ水素の吸蔵・放出時間を測定した。

この場合、第１４図の従来の装置２０において、水素貯
蔵金属２２として、平均粒径５００μのＴｌＭｎ１．５
粉末を使用し、容積が１２ｔの冨閉容器２１内に３９に
７の水素貯蔵金属２２を収容した。

また、第１２図に示す装置１０において、水素貯蔵用素
子１Ｂは、水素貯蔵金属６として、平均粒径５００μの
ＴｌＭｎ、、粉末全便用肱外殻２として、ろ過度２μの
ステンレス鋼粉末焼結体製で、厚さ約２鰭、外径約２０
酬φの球状のものを用い、この内容積の約８０チずつ上
記の水素貯蔵金属６を入れたものを使用した。そして、
密閉容器１２内に、前記従来の装置２０の場合と同様に
、水素貯蔵金属ろの収容量が全体として３９　Ｋｇとな
るように多数の水素貯蔵用素子１Ｂを収容した。

次いで、両装置１０．２０について、それぞれ水素吸蔵
比率が０チの状態から１００％の状態になるまでの所要
時間を調べたところ本発明素子を用いた装置１０は、従
来装置２０よりもきわめて短時間であった。

次に、水素の吸蔵・放出を約１００回繰返した後の水素
の吸蔵・放出に要する時間ヲｖ４べたところ、本発明素
子を用いた装置１０は従来装置２０に比較してきわめて
短時間であった。

なお、このほか種々の実験を行ったが、平均的に言えば
、外殻２の厚さは、その強度が保持される限りなるべく
薄いことが水素貯蔵効率を高めるうえで望ましいことが
明らかとなった。そして、外殻２はその耐熱性、耐食性
、熱伝導性、伸縮性などの用途に応じてステンレス鋼、
銅、ゴム、セラミックス、プラスチックスなど全使用す
るのが良い。

また、水素貯蔵金属６に水素を吸蔵させる手段としては
、加圧した水素を密閉容器１２内に供給することが可能
であるが、そのほか、第１５図に示すように、電解質溶
液の電気分解によって直接水素を吸蔵させることも可能
である。この場合、水素の吸蔵効率を高めるために、第
１０図および第１１図に示すように、多数の水素貯蔵用
素子ＩＢ（ＩＡ、ＩＣ〜ＩＩ）をまとめて収容した水素
貯蔵体５を用いて電気分解に供することが望ましく、水
素吸蔵後は水素貯蔵体５をそのま′−１第１３図に示す
ように密閉容器１２内に複数個設置することによって、
効率の高いものとすることができる。なお、第１５図に
おいて、２６は電解槽、２７は電解液、２８は他方の電
極、２９は電源である。

以上説明してきたように、この発明によれば、部分的ま
たは全体的に多孔質の外殻内に水素貯蔵金属全収容した
水素貯蔵用素子としたから、粉末状の水素貯蔵金属をそ
のまま容器等に収容する場合に比較して取扱いが極めて
容易であり、飛散による損失をほとんどガくすことが可
能であると共に、各水素貯蔵用素子毎の水素貯蔵容量を
適宜の大きさ圧あらかじめ数段階区分しておくことによ
って、使用φ件に対応した水素貯蔵用素子の選択が極め
て容易になり、この水素貯蔵用素子を用いた水素貯蔵装
置においてその水素の吸蔵・放出効率を従来のものく比
較して長期間にわたって高く維持することが可能であり
、製造コストの上昇も防ぐことができるなどの数々のす
ぐれた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図はこの発明の各実施例による水素貯蔵用
素子の説明図、第１０図および第１１図は水素貯蔵体の
斜視説明図、第１２図および第１３図は水素貯蔵装置の
縦断面説明図、第１４１％は従来の水素貯蔵装置の縦断
面説明図、第１５図は電気分解によって水素を吸蔵させ
る状況を示す説明図である。 １Ａ〜１■・−・水素貯蔵用素子、２・・・外殻、６・
・・水素貯蔵金属、５・・・水素貯蔵体、１０・・・水
素貯蔵装置。 第８「フ 第９図 第１０図 Ｂ （ 第１１図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１１部分的または全体的に多孔質の外殻内に水素貯蔵
   金属全収容してなることヲ！＋ｆｆ徴とする水素貯蔵用
   素子。