KR20070009981A - Fuel blends for hydrogen generators - Google Patents

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KR20070009981A
KR20070009981A KR1020067014538A KR20067014538A KR20070009981A KR 20070009981 A KR20070009981 A KR 20070009981A KR 1020067014538 A KR1020067014538 A KR 1020067014538A KR 20067014538 A KR20067014538 A KR 20067014538A KR 20070009981 A KR20070009981 A KR 20070009981A
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마이클 티. 켈리
잉 유
제이슨 씨. 브레디
프레드릭 엠. 호손
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밀레니엄 셀, 인코퍼레이티드
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Abstract

The present invention relates to improved aqueous fuels for hydrogen generators and a method for using them in the production of hydrogen. The present invention also relates to a system of using the subject aqueous fuels to generate hydrogen gas for use in a fuel cell or other device. The subject fuels contain a mixture of boron hydrides, at least one of which is a metal salt, including metal borohydrides, higher boranes and metal higher boron hydrides. The subject aqueous fuels contain a mixture of boron hydrides having a positive ionic charge (+IC) to boron ratio of between 0.2 and 0.4 or between 0.6 and 0.99. Preferred fuels contain a mixture of boron hydrides having an (+IC) to boron ratio between 0.2 and 0.3 or between 0.7 and 0.8. Mixtures containing a metal borohydride also contain a metal hydroxide to stability it against premature hydrolysis in the aqueous fuel media. ® KIPO & WIPO 2007

Description

수소 발생기용 연료 혼합물{FUEL BLENDS FOR HYDROGEN GENERATORS}FUEL BLENDS FOR HYDROGEN GENERATORS

본 발명은 수소 발생용 보로하이드라이드염의 혼합물에 관한 것이다. The present invention relates to a mixture of borohydride salts for hydrogen evolution.

약 50년간 다양한 수소화 붕소 (여기에서는 "보로하이드라이드"라 한다), 특히 그들의 금속염이 수소 발생에 유용하다는 것이 알려져 있었다. 또한, "소듐 보로하이드라이드 : Its Hydrolysis and Its Use as a Reducing Agent in the Generation of Hydrogen", J. Am. Chem. Soc. , Vol 75, pp 215-219,1953에서 Schlesinger 등이, 그리고 "Hvdrogen Generation by Hydrolysis or Alcoholysis of a Polvhvdropolvnorate-Group VIII Metal Mixture" USP No. 3,166, 514에서 G. W. Parshallin에 의하여 보고된 바와 같이, 일반적으로 산 또는 금속에 의하여 촉매 되는 가수 분해를 통하여 수소가 발생하는 것으로 알려져 있다. 이러한 초기 연구는 필요에 따라 수소 발생을 조절하는 시스템의 발달에 의하여 개선되었다. USP 제6,534,033호에는 금속 촉매를 함유하는 챔버를 통하여 용액을 주입시킴으로써 보로하이드라이드 수용액을 접촉시키고, 등식 1에 따라 근접한 정량 수율로 보로하이드라이드를 수소 가스 및 붕산염으로 전환 시킴으로써 수소의 발생을 조절하는 것이 기재되어 있다.For about 50 years it has been known that various boron hydrides (herein referred to as "borohydrides"), in particular their metal salts, are useful for hydrogen evolution. In addition, "Sodium borohydride: Its Hydrolysis and Its Use as a Reducing Agent in the Generation of Hydrogen", J. Am. Chem. Soc. , Vol 75, pp 215-219,1953, and in "Hvdrogen Generation by Hydrolysis or Alcoholysis of a Polvhvdropolvnorate-Group VIII Metal Mixture" USP No. As reported by G. W. Parshallin at 3,166, 514, hydrogen is generally known to occur through hydrolysis catalyzed by acids or metals. This early work was improved by the development of systems that regulate hydrogen evolution as needed. US Pat. No. 6,534,033 discloses contacting aqueous solution of borohydride by injecting a solution through a chamber containing a metal catalyst and controlling the generation of hydrogen by converting the borohydride into hydrogen gas and borate in close quantitative yield according to equation (1). Is described.

Figure 112006051453772-PCT00001
(1)
Figure 112006051453772-PCT00001
(One)

등식 1에 예시된 과정에 사용하기 위한 특정 보로하이드라이드염을 선별하는데 관여하는 인자가 있다. 그 중에서도 가장 중요한 것은 물에서의 용해도이다. 일반적으로 보로하이드라이드는 25℃에서 물에서 약 7 중량% 내지 약 35 중량%의 용해도를 갖는다. 리튬 보로하이드라이드는 용해도가 7%이고, 포타슘 보로하이드라이드는 약 19%이며, 소듐 보로하이드라이드는 약 35%가 용해된다. 이러한 이유로, 특히 안정성 및 편리성을 포함하여, 몇 가지 다른 것들과 마찬가지로, 소듐 보로하이드라이드는 수소 발생기를 위한 수용성 연료의 염으로 선택된다. 주위 온도에서 포화 용액 중에서 약 7.4 wt.%의 고 중량 수소 저장 밀도 (high gravimetric hydrogen storage density)를 가지는 소듐 보로하이드라이드 또한 본 발명에 사용하는 것이 좋다. There are factors involved in selecting specific borohydride salts for use in the process illustrated in Equation 1. The most important of these is the solubility in water. In general, borohydride has a solubility of about 7% to about 35% by weight in water at 25 ℃. Lithium borohydride has 7% solubility, potassium borohydride is about 19% and sodium borohydride is about 35% dissolved. For this reason, sodium borohydride, like several others, especially including stability and convenience, is selected as the salt of the water soluble fuel for the hydrogen generator. Sodium borohydride having a high gravimetric hydrogen storage density of about 7.4 wt.% In saturated solution at ambient temperature is also preferred for use in the present invention.

전술한 바와 같이, 소듐 보로하이드라이드의 농축액 중에서, 용액 중 붕산염 생성물을 유지하기 위한 것뿐만 아니라 소듐 보로하이드라이드의 가수 분해를 완료하기 위하여 초기에 충분한 물이 필요하다. 그러나, 등식 1에서와 같이 가수 분해가 진행되고 물이 소비됨에 따라, 용액 중에서 붕산염 생성물을 유지할 수 있고 존재하는 물의 양은 감소 된다. 시스템에서 물의 양이 촉매가 충진 된 반응기 또는 저장 탱크를 반응기에 연결하는 모든 연관류 (plumbing) 중에서 붕산염이 용액 중에 침전되는 시점까지 감소 되는 경우, 수소 발생기는 정지, 분해 및 세척하는 시점까지 점진적으로 차단될 수 있다. As noted above, in the concentrate of sodium borohydride, sufficient water is initially required to complete the hydrolysis of sodium borohydride, as well as to maintain the borate product in solution. However, as hydrolysis proceeds and water is consumed as in Equation 1, the borate product can be maintained in solution and the amount of water present is reduced. If the amount of water in the system is reduced to the point where the borate precipitates in solution among all plumbings connecting the catalyst-filled reactor or storage tank to the reactor, the hydrogen generator is gradually incremented to the point of shutdown, decomposition and washing. Can be blocked.

붕산염 생성물이 용액으로부터 침전될 가능성 때문에, 비교적 높은 용해도에도 불구하고 수소 발생용 수용성 연료 중에서 소듐 보로하이드라이드의 농도는 약 15 중량% 내지 20 중량%로 제한된다. 상기 용액은 발생되는 수소 약 4.25 Wt. -%를 나타낸다. 이는 수소 발생을 위한 실질적인 한계치로 인식된다 (예를 들어 VonDohren,"Raney Catalyst for Generating Hydrogen by Decomposition of Boranes", USP 3,615, 215 참조). 상기 한계치는 대응하는 수소 저장량을 감소시키고, 부피가 액면 이상인 환경에서 최적으로 간주 되지 않을 것이다. 통상적으로, 이러한 상황에서, 특히 연료 단위 부피당 저장되는 수소량을 극대화하기 위하여 수소 농축 연료가 바람직하다. 그러한 연료는 본 발명에 의하여 제공된다. Because of the possibility of borate products precipitate out of solution, the concentration of sodium borohydride in water-soluble fuels for hydrogen evolution is limited to about 15% to 20% by weight despite the relatively high solubility. The solution produced about 4.25 Wt. -%. This is recognized as a practical limit for hydrogen evolution (see for example Von Dohren, "Raney Catalyst for Generating Hydrogen by Decomposition of Boranes", USP 3,615, 215). This limit reduces the corresponding hydrogen storage and will not be considered optimal in environments with volumes above liquid level. Typically, in this situation, hydrogen enriched fuels are preferred, in particular to maximize the amount of hydrogen stored per unit volume of fuel. Such fuels are provided by the present invention.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명에 의하면, 혼합물이 붕소 원자에 대한 용매화 된 양이온 전하 (+IC)의 미리 계산된 몰 비율을 갖도록, 알칼리 금속 양이온, 알칼리 토금속 양이온, 알루미늄 양이온 및 암모늄 양이온으로 이루어진 군 중에서 선택되는 양이온으로 형성된 적어도 1종의 보로하이드라이드염을 포함하는 수소화붕소류의 혼합물로서, 붕산염의 용해도가 최대가 되게 하는 수소 발생용 연료 혼합물을 제공한다. 상기 연료 혼합물은 수소 발생 기구에서 붕산염 생성물의 이른 응결을 완화하면서, 연료가 수소 발생에 이용될 수 있는 고 중력 수소 저장을 촉진한다. 30 내지 38 중량% 범위의 소듐 보로하이드라이드를 포함하고, 따라서 중력 수소 저장 밀도가 6.4 내지 8 중량% 범위인 용액에 대응하는 연료 혼합물은 공지된 연료의 단점을 가지지 아니하고 수소를 생산하기 위하여 효과적으로 가수 분해될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 연료 혼합물을 이용하여 수소를 발생하기 위한 개선된 방법과 시스템을 제공한다. According to the present invention, a cation selected from the group consisting of alkali metal cations, alkaline earth metal cations, aluminum cations and ammonium cations such that the mixture has a pre-calculated molar ratio of solvated cation charge (+ IC) to boron atoms A mixture of boron hydrides comprising at least one borohydride salt formed, which provides a fuel mixture for hydrogen generation that maximizes the solubility of the borate salt. The fuel mixture mitigates the early condensation of the borate product in the hydrogen generating mechanism while promoting high gravity hydrogen storage where the fuel can be used for hydrogen evolution. Fuel mixtures comprising sodium borohydride in the range of 30 to 38% by weight, and thus corresponding to solutions having a gravity hydrogen storage density in the range of 6.4 to 8% by weight, do not have the disadvantages of known fuels and are effective in producing hydrogen to produce hydrogen. Can be decomposed. Also provided are improved methods and systems for generating hydrogen using the fuel mixtures described herein.

발명의 상세한 설명Detailed description of the invention

본 발명은 일정한 수소화붕소류의 혼합물을 함유하는 수소 발생용 수용성 연료에 관한 것이다. 본 명세서에서 수소화붕소류의 혼합물은 다면체 보레인 및 다면체 보레인 또는 보로하이드라이드의 음이온을 포함하는 보레인에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 붕소 원자에 대한 용매화된 양이온 전하 (+IC)의 계산된 몰비율을 가지는 수소화붕소류의 혼합물을 함유하는 수용성 연료에 관한 것이다. 상기 비율은 연료의 성분이 아닌, 수소 발생을 일으키는 가수 분해 반응의 붕산염 생성물의 용해도를 극대화한다. 본 명세서에서 용해도를 극대화하는 것에 의하여 연료 중의 보로하이드라이드의 농도와 관련된 붕산염 산물의 최적 용해도를 획득하고, 이로 인하여 예컨대 등식 (1)의 보로하이드라이드에서 나타내는 바와 같이 수소화붕소류의 가수 분해 중에서 물을 소비한 결과로서 수소 발생하는 동안 붕산염 산물의 침적을 최소화한다. The present invention relates to a water-soluble fuel for hydrogen generation containing a mixture of certain boron hydrides. The mixture of boron hydrides herein is directed to borane comprising a polyhedral borane and an anion of polyhedral borane or borohydride. More specifically, the present invention relates to a water soluble fuel containing a mixture of boron hydrides having a calculated molar ratio of solvated cation charge (+ IC) to boron atoms. This ratio maximizes the solubility of the borate product of the hydrolysis reaction that generates hydrogen, not the components of the fuel. By maximizing solubility herein, the optimum solubility of the borate product in relation to the concentration of borohydride in the fuel is obtained, thereby allowing water in hydrolysis of the boron hydrides, for example, as shown in borohydride of equation (1). Minimize the deposition of borate products during hydrogen evolution as a result of consuming

붕소에 대한 양이온 전하 (+IC)의 비율은 실시예와 같이 알칼리 금속염을 이용하여 본 발명에 의한 다음의 방식에 따라 결정된다. 알칼리 금속 붕산염은 통상적으로 포맷 jM2O·k B203·X H20 (이중, M은 리튬, 나트륨 및 칼륨에서 선택된다)으로 기재된다. 예컨대, 미네랄 붕사는 j = 1, k = 2 및 X = 10이고, 따라서 Na2O·2B203·1OH20 또는 Na2B407·10H20로 기재될 수 있다. 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 j 내지 k의 거의 모든 비율이 고체 결정 붕산염을 형성하지만, 물 중에서 상기 결정의 용해도는 다양할 것이라는 것을 인지한다. 2종의 온도 의존 용해도 최대값은 j 내지 k의 비율이 0.2 내지 0.4 범위이고, 또한 0.6 내지 0.99 범위인 경우이다. The ratio of the cationic charge ( + IC) to boron is determined according to the following manner by the present invention using alkali metal salts as in the examples. Alkali metal borate salts are commonly described in the format jM 2 O.k B 2 0 3 .XH 2 0, of which M is selected from lithium, sodium and potassium. For example, mineral borax may be described as a j = 1, k = 2 and X = 10, and thus Na 2 O · 2B 2 0 3 · 1OH 2 0 or Na 2 B 4 0 7 · 10H 2 0. One of ordinary skill in the art recognizes that almost all ratios of j to k form solid crystal borate salts, but the solubility of the crystals in water will vary. The two temperature dependent solubility maximums are cases where the ratio of j to k is in the range of 0.2 to 0.4 and is also in the range of 0.6 to 0.99.

전술한 j 내지 k의 비율 값에 의한 붕산염의 용해도는 수년간 알려져 있었다. 예컨대, Nies and Holbert, Journal of Chemical and Engineering Data, Vol. 12, No. 3, pp 303-313,1967, Adams, "Boron , Metallo - Boron Compounds and Boranes"John Wiley & Sons, page 81,1964, and Garret,"Borates, Handbook of Deposits, Processing, Properties and Use", Academic Press, 1998, page 454를 참조할 수 있다. 전술한 공식의 염 (이중, M은 칼륨 또는 리튬이다)은 용해도 최대값과 유사하다 (Adams ibid, pp 81 and 83, Reburn and Gale, Journal of Physical Chemistry, Vol. 59, No. 19,1955). 셀 수 없이 많은 다른 값들과 같이, 상기 값은 수년간 공지된 문헌에 사용되었으나, 지금까지 수소 발생기용 연료 혼합물에서 확인된 값은 알려져 있지 않다. The solubility of borate salts by the ratio values of j to k described above has been known for many years. See, eg, Nies and Holbert, Journal of Chemical and Engineering Data, Vol. 12, No. 3, pp 303-313,1967, Adams, " Boron , Metallo - Boron Compounds and Boranes "John Wiley & Sons, page 81,1964, and Garret," Borates, Handbook of Deposits, Processing, Properties and Use ", Academic Press, 1998, page 454. Salts of the Formulas Above (Dual , M is potassium or lithium) is similar to the solubility maximum (Adams ibid, pp 81 and 83, Reburn and Gale, Journal of Physical Chemistry, Vol. 59, No. 19,1955). As such, these values have been used in known literature for many years, but so far the values found in fuel mixtures for hydrogen generators are unknown.

본 발명에 의하여, 수소 발생기용 연료 혼합물은 붕소 원자에 대한 양이온 전하 (+IC)의 몰비값이 0.2 내지 0.4, 바람직하게는 0.2 내지 0.3, 또는 0.6 내지 0.99, 바람직하게는 0.7 내지 0.8 범위가 되는 수소화붕소류의 혼합물을 포함한다. 본 발명에 의한 연료 혼합물은 목적하는 비율을 달성할 수 있도록, 나트륨, 리튬, 칼륨 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알루미늄 또는 암모늄 중에서 선택되는 양이온 (M)이 적어도 1종의 다른 수소화붕소류와 결합 된 수소화붕소염을 포함한다. 적합한 수소화붕소에는 보로하이드라이드염(MBH4), 트리보로하이드라이드염(MB3H8), 데카하이드로데카보레이트염(M2B10H10), 트리데카하이드로데카보레이트염(MB10H13), 도데카하이드로도데카보레이트염(M2B12H12), 옥타데카하이드로이코사보레이트염(M2B20H8) 및 데카보레인 (14)(B10H14) [이상에서, M은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 알루미늄으로 이루어진 군 중에서 선택된다]등의 수소화붕소류염과 양립되는 관련 중성 붕산염 화합물이 있으나, 이에 제한되지는 않는다. According to the invention, the fuel mixture for the hydrogen generator has a molar ratio value of the cationic charge ( + IC) to boron atoms in the range of 0.2 to 0.4, preferably 0.2 to 0.3, or 0.6 to 0.99, preferably 0.7 to 0.8. A mixture of boron hydrides. The fuel mixture according to the present invention combines at least one other borohydride with a cation (M) selected from alkali metals such as sodium, lithium, potassium, alkaline earth metals, aluminum or ammonium so as to achieve the desired ratio. Borohydride salts. Suitable boron hydride salts include borohydride salt (MBH 4 ), triborohydride salt (MB 3 H 8 ), decahydrodecaborate salt (M 2 B 10 H 10 ), tridecahydrodecaborate salt (MB 10 H 13 ), dodecahydrododecaborate salt (M 2 B 12 H 12 ), octadecahydroicosaborate salt (M 2 B 20 H 8 ) and decabolane (14) (B 10 H 14 ) [above, M is selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals and aluminum]. There is, but is not limited to, a related neutral borate compound compatible with borohydride salts.

붕소 원자에 대한 양이온 전하 (+IC)의 목적하는 몰비를 획득할 수 있도록 고급 수소화붕소류의 혼합물을 이용하는 것은 본 발명의 범위 내이다. 상기 혼합물이 전술한 붕산염을 함유할 수 있다 하더라도, 또한 붕소에 대한 목적하는 (+ICs)비율을 얻을 수 있도록, 적어도 1종의 수소화붕소염을 포함하는 것이 필요하다. 본 발명에 의한 양이온 수소화붕소류의 혼합물은 금속 보로하이드라이드, 바람직하게는 소듐 보로하이드라이드, 및 데카보레인 (14); 금속 트리보로하이드라이드 and 금속 도데카하이드로도데카보레이트; 금속 보로하이드라이드 및 금속 트리보로하이드라이드 ; 및 금속 보로하이드라이드 및 금속 도데카하이드로도데카보레이트이 좋으나, 이에 제한되지는 않는다. 본 발명의 연료 중에서 수소화붕소류의 혼합물의 +IC/B 비율이 0.2 내지 0.4 또는 0.6 내지 0.99 범위인 것이 결정적인 것은 아니나, 이러한 범위가 유리하다. 수소화붕소 성분과 이에 따른 +IC/B 비율의 선택은 예컨대, 상대적인 유용성 및 개개의 수소화붕소 화합물에 대한 비용 등의 경제적 고려뿐만 아니라, 화학 반응성 및 개개의 수소화붕소 화합물의 인간 건강에 대한 효과를 고려하여 결정될 수 있다. 특정 혼합물이 하나 또는 다른 것 내인지는 다양한 수소화붕소의 상대적인 용해도, 목적하는 혼합물의 조작 온도 범위 등과 같은 다른 요인에 의하여 결정될 수 있고, 이는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 시야 안에서 고려된다. It is within the scope of the present invention to use mixtures of higher boron hydrides so that the desired molar ratio of cationic charge ( + IC) to boron atoms can be obtained. Although the mixture may contain the above-mentioned borate salts, it is also necessary to include at least one borohydride salt in order to obtain the desired ( + ICs) ratio for boron. Mixtures of cationic boron hydrides according to the present invention include metal borohydrides, preferably sodium borohydride, and decaborane (14); Metal triborohydride and metal dodecahydrododecarborate; Metal borohydride and metal triborohydride; And metal borohydride and metal dodecahydrododecaborate are preferred, but are not limited thereto. It is not critical that the + IC / B ratio of the mixture of boron hydrides in the fuel of the present invention be in the range of 0.2 to 0.4 or 0.6 to 0.99, but this range is advantageous. The selection of the boron hydride component and thus the + IC / B ratio takes into account the chemical reactivity and the effect on the individual health of the individual boron hydride compounds, as well as economic considerations such as relative availability and cost for the individual boron hydride compounds. Can be determined. Whether a particular mixture is within one or the other can be determined by other factors such as the relative solubility of various boron hydrides, the operating temperature range of the desired mixture, and the like, which is considered within the field of view of one of ordinary skill in the art.

전술한 고급 보로하이드라이드의 양이온 성분은 보로하이드라이드류와 관련하여 기재한 바와 같이 알칼리 금속 양이온 외에 알칼리 토금속 양이온 또는 알루미늄 양이온일 수 있다. 양이온은 나트륨, 리튬, 칼륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 또는 알루미늄으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것이 좋다. 본 발명의 연료 혼합물은 1종 이상의 보로하이드라이드염을 함유하고, 그것의 양이온 성분은 동일할 필요는 없다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 연료 혼합물의 금속 보로하이드라이드에 대한 양이온 성분은 나트륨인 것이 좋다. 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 보로하이드라이드염이 가스 발생기용 수용성 연료 혼합물 중에 존재하고, 강염기의 존재에 의하여 가수 분해에 안정하지 않는 한 쉽게 가수 분해될 것이라는 것을 인지한다. 이러한 목적에 적합한 염기에는 성분이 소듐 보로하이드라이드인 경우 예컨대, 수산화나트륨과 같은 강염기인 앞서 주어진 각각의 금속 수산화물이 있다. 본 발명에 의하여 보로하이드라이드염을 함유하는 바람직한 연료 혼합물 중에서, 후술하는 바와 같이 붕소에 대한 양이온 전하 (+IC)의 몰비를 계산하는 경우 안정제의 양이온 성분은 등식에 산입되어야 한다. 이와 마찬가지로, 데카보레인 (14)의 안정한 수용액을 준비하기 위해서, 알칼리 안정제는 존재하여야 하고, 안정제의 금속 양이온 성분은 연료 혼합물에 대한 양이온 전하(+IC)에 기여한다. 많은 붕소가 풍부한 하이드라이드류 (이를테면, M2B12H12, M2B10H10 및 M2B20H18)는 중성 수용액에서 안정하다. The cationic component of the above higher borohydride may be an alkaline earth metal cation or an aluminum cation in addition to the alkali metal cation as described in connection with the borohydrides. The cation is preferably selected from the group consisting of sodium, lithium, potassium, beryllium, magnesium, calcium or aluminum. The fuel mixture of the present invention contains at least one borohydride salt and its cationic component need not be identical. As mentioned above, the cationic component for the metal borohydride of the fuel mixture of the present invention is preferably sodium. One of ordinary skill in the art recognizes that borohydride salts are present in a water soluble fuel mixture for gas generators and will readily hydrolyze unless they are stable to hydrolysis by the presence of strong bases. Suitable bases for this purpose include the respective metal hydroxides given above, which are strong bases such as, for example, sodium hydroxide when the component is sodium borohydride. Among the preferred fuel mixture containing a borohydride salt by the present invention, the cationic component of the stabilizer when calculating the molar ratio of cationic charge (+ IC) to boron as described later it is to be counted in the equation. Likewise, in order to prepare a stable aqueous solution of decaborane 14, an alkali stabilizer must be present and the metal cation component of the stabilizer contributes to the cationic charge ( + IC) for the fuel mixture. Many boron-rich hydrides (such as M 2 B 12 H 12 , M 2 B 10 H 10 and M 2 B 20 H 18 ) are stable in neutral aqueous solutions.

본 발명에 의하여, 붕소에 대한 양이온 전하 (+IC)의 몰비의 계산은 다음의 방식에 따라 계발되었다. 나타내는 바와 같이, 수산화나트륨 3 중량%를 함유하는 양이온 수소화붕소를 안정성을 위하여 첨가하는 것과 같이 소듐 보로하이드라이드 35 중량%를 함유하는 수용성 연료 용액은 실시예에서 연료 용액 100 그램을 이용하여 다음과 같이 측정된 j 내지 k의 비율이 1.08이다. 실시예에서, 모든 붕소는 소듐 보로하이드라이드로부터 유래하므로, 붕소 몰수는 아래에 나타내는 바와 같이 연료 용액 중에서 보로하이드라이드 농도에서 직접 계산된다. According to the present invention, the calculation of the molar ratio of cationic charge (+ IC) to boron was developed according to the following manner. As shown, a water soluble fuel solution containing 35% by weight sodium borohydride, such as by adding cationic boron hydride containing 3% by weight sodium hydroxide for stability, was used as follows using 100 grams of the fuel solution. The measured j to k ratio is 1.08. In the examples, all boron is derived from sodium borohydride, so the number of moles of boron is calculated directly at the borohydride concentration in the fuel solution as shown below.

Figure 112006051453772-PCT00002
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같은 계산법을 이용하여, 소듐 보로하이드라이드는 나트륨 및 붕소가 그 중 1:1의 몰비로 존재하는 경우, Na 0.925 몰을 제공한다. 그러나, 수산화나트륨 안정제에 의하여 제공되는 추가의 나트륨 (+IC)이 있고, 이는 아래에 나타내는 바와 같이 붕소 농도를 결정하는 것과 유사한 방식에 의하여 결정될 수 있다. Using the same calculation, sodium borohydride provides 0.925 moles of Na when sodium and boron are present in a molar ratio of 1: 1 of them. However, there is additional sodium ( + IC) provided by the sodium hydroxide stabilizer, which can be determined in a similar manner to determining the boron concentration as shown below.

Figure 112006051453772-PCT00003
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양이온 전하 (+IC)와 등량인 나트륨 몰수가 알려진 경우, 그 비율은 아래에 기재된 바와 같이 붕소의 총 몰수로 나트륨의 총 몰수를 나누어서 계산할 수 있다. If the number of moles of sodium equivalent to the cationic charge ( + IC) is known, the ratio can be calculated by dividing the total number of moles of sodium by the total number of moles of boron as described below.

Figure 112006051453772-PCT00004
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따라서, 소듐 보로하이드라이드 35 중량%와 수산화나트륨 3 중량%를 함유하는 용액은 붕소에 대한 (+IC) 비율이 1.08이고, 이는 전술한 바와 같이 최대 용해도 범위 비율 밖이다. 이는 붕산염 산물이 용액 중에 잔존하고 기구의 응고를 일으키도록 침전하지 않도록 반응하여, 추가의 물을 투입하지 않고도 가스 발생기 중의 상기 농축된 연료 용액의 사용을 효과적으로 제한하는 것이다. Thus, a solution containing 35% by weight sodium borohydride and 3% by weight sodium hydroxide has a ( + IC) ratio to boron of 1.08, which is outside the maximum solubility range ratio as described above. This reacts so that the borate product remains in solution and does not precipitate to cause the apparatus to solidify, effectively limiting the use of the concentrated fuel solution in the gas generator without introducing additional water.

고급 수소화붕소가 연료 혼합물의 금속 성분과 관련하여 붕소 중에 풍부하기 때문에, 전술한 바와 같이 연료 용액 중에서 고급 수소화붕소의 존재는 j 내지 k의 비율은 본 발명의 바람직한 비율 아래로 조절한다. 상기 연료로부터 생성되는 붕산염의 용해도가 통상적인 수용성 소듐 보로하이드라이드 용액보다 현저하게 높기 때문에, 붕산염 산물의 응고 위험을 감소시키기 위해서 더 많은 양의 보로하이드라이드, 그리고 더 많은 양의 수소가 연료 용액 중에 포함된다. 본 발명의 연료 혼합물의 또 다른 이점은 소듐 보로하이드라이드와 같은 금속 보로하이드라이드를 함유하는 경우, 붕소가 풍부한 고급 수소화붕소 중 다수가 수용액에서 안정하고 염기성 안정제의 추가를 필요로 하지 않는다. 본 발명의 혼합된 연료 용액의 또 다른 이점은일부 고급 수소화붕소가 수용액 중에서 가수 분해하여 차례로 존재하는 모든 금속 수산화물을 부분적으로 중성화하는 일부 산성 산물을 생성하고, 오직 금속 보로하이드라이드 및 금속 수산화물만을 함유하는 연료를 이용하여 생성된 금속 메타보레이트/금속 수산화물 혼합물보다 덜 약성인 방출류를 생산한다. Since higher boron hydride is abundant in boron with respect to the metal components of the fuel mixture, the presence of higher boron hydride in the fuel solution as described above controls the ratio of j to k below the preferred ratio of the present invention. Since the solubility of the borate produced from the fuel is significantly higher than that of conventional water soluble sodium borohydride solutions, more borohydride, and more hydrogen, is added to the fuel solution to reduce the risk of coagulation of the borate product. Included. Another advantage of the fuel mixture of the present invention is that when it contains a metal borohydride such as sodium borohydride, many of the boron-rich higher boron hydrides are stable in aqueous solution and do not require the addition of basic stabilizers. Another advantage of the mixed fuel solution of the present invention is that some higher boron hydrides are hydrolyzed in aqueous solution to produce some acidic products that partially neutralize all metal hydroxides present in turn, and contain only metal borohydride and metal hydroxides. Fuel is used to produce a release that is less fragile than the resulting metal metaborate / metal hydroxide mixture.

본 발명의 신규한 수용성 연료 혼합물의 또 다른 이점은 가수 분해 반응기 중에서 냉각시 일부 응고가 일어나더라도, 생성물이 쉽게 물에 용해된다는 것이다. 대조적으로, 연료가 오직 금속 보로하이드라이드 및 예를 들어 소듐 보로하이드라이드 및 수산화물과 같은 수산화물만을 함유하는 경우 생성되는 붕산염 혼합물은 서서히 용해되고 촉매 챔버 중에서 제거되기 어려운 크러스트를 생성할 수 있다. 본 발명의 연료 혼합물을 이용하여 생성되는 붕산염 혼합물은 가득 찬 챔버의 간단한 수단과 물을 포함하는 관련 기구에 의하여 쉽게 제거될 수 있고, 따라서 촉매 수명을 늘리고 수소 발생 시스템의 정상적인 속행 정지 시간을 감소시킬 수 있다. 수소 발생 시스템의 속행 운전과 필요한 세척 사이의 간격의 증가뿐만 아니라 세척의 간편함은 본 발명의 연료 혼합물의 뚜렷한 경제적 이점이 된다.  Another advantage of the novel water soluble fuel mixtures of the present invention is that even if some coagulation occurs upon cooling in the hydrolysis reactor, the product readily dissolves in water. In contrast, when the fuel contains only metal borohydride and hydroxides such as, for example, sodium borohydride and hydroxides, the resulting borate mixture may slowly dissolve and produce crusts that are difficult to remove in the catalyst chamber. The borate mixtures produced using the fuel mixtures of the present invention can be easily removed by simple means in a full chamber and associated apparatus including water, thus increasing catalyst life and reducing the normal downtime of the hydrogen generation system. Can be. The ease of cleaning as well as the increase in the interval between subsequent operation of the hydrogen generation system and the required cleaning is a distinct economic advantage of the fuel mixture of the present invention.

소듐 보로하이드라이드와 같은 금속 보로하이드라이드만을 함유하는 연료 혼합물과 비교하여 본 발명의 연료 혼합물로부터 생성되는 생성물의 용해도 차이에 대한 설명은 통상적으로 붕산염에 결합 된 용매화의 마이너스 온도이다. 예컨대, 소듐 메타보레이트는 용액에 투입하는 경우 용매를 실질적으로 냉각시키고, 따라서 용해 반응이 느려진다. 대조적으로, 본 발명에 따라 붕소에 대한 양이온 전하 (+IC)의 몰비가 최대 용해도 범위 내인 붕산나트륨염은 용매화의 포지티브 온도이고, 따라서 실제로 용해 반응을 촉진하며, 수소를 생성시킨다 (O'Brien et al,"Amorphous Sodium Borate Composition"USP No. 2,998, 310 참조). The description of the difference in solubility of the product resulting from the fuel mixture of the present invention compared to fuel mixtures containing only metal borohydrides such as sodium borohydride is typically the minus temperature of solvation bound to borate. Sodium metaborate, for example, substantially cools the solvent when added to a solution, thus slowing the dissolution reaction. In contrast, sodium borate salts in which the molar ratio of cationic charge ( + IC) to boron in the maximum solubility range according to the invention is the positive temperature of the solvation, thus actually promoting the dissolution reaction and producing hydrogen (O'Brien et al, "Amorphous Sodium Borate Composition" USP No. 2,998, 310).

본 명세서에서 사용되는 "수용성 연료"라는 용어는 성분 중 일부는 용해되고 성분 중 일부는 용해되지 않은 고체인 슬러리 및/또는 모든 성분이 용해된 수용성 액체를 포함한다. 또한, 하이드로알코올 혼합물 (Hydroalcoholic mixtures)은 연료의 어는점을 낮추고, 따라서 작동 온도 범위를 확대시킨다는 점에서, 본 발명의 수용성 연료를 제조하는 이점이 있다. 일반적으로, 고급 수소화붕소는 특히 안정제가 pH를 올리기 위해 존재하는 경우, 하이드로알코올 용액 중에서 가용성이면서 안정하다. 하이드로알코올 용액을 준비하는데 이용되는 알코올은 저급 알칸올, 특히 메탄올 및 에탄올이 있다. 본 명세서에서는 조작 및 저장의 경제성을 위한 슬러리를 형성하는데 준비하는 수용성 연료는 본 명세서에서 언급된 최대 용해도의 비율을 확인하는 성분의 용액을 형성하기 위해서 사용하는 경우에 충분한 양의 물과 화합시키는 것을 포함한다. As used herein, the term "water soluble fuel" includes a slurry in which some of the components are dissolved and some of the components are solid, and / or an aqueous liquid in which all components are dissolved. In addition, hydroalcoholic mixtures have the advantage of producing the water-soluble fuel of the present invention in terms of lowering the freezing point of the fuel and thus extending the operating temperature range. In general, higher boron hydrides are soluble and stable in hydroalcohol solutions, especially when stabilizers are present to raise the pH. Alcohols used to prepare hydroalcohol solutions include lower alkanols, in particular methanol and ethanol. In this specification, a water soluble fuel prepared to form a slurry for the economics of operation and storage is intended to be combined with a sufficient amount of water when used to form a solution of the component confirming the maximum solubility ratio mentioned herein. Include.

본 발명에 따라, 개선된 수소 발생용 시스템 및 수소 발생 방법을 제공한다. 상기 방법은 붕소 몰수에 대한 양이온 전하 (+IC)가 특정 비율을 갖는 수소화붕소의 본 발명의 개선된 수용성 연료 혼합물을 수소화붕소의 가수 분해를 촉진하는 촉매와 접촉하여 수소를 생산하는 것을 포함한다. 본 발명에 의하여 제공되는 시스템은 수소화붕소의 수용성 연료 혼합물을 촉매와 접촉시키는 수단을 포함한다. 상기 수단에는 수소 가스가 필요 없는 경우에 연료와 촉매를 물리적으로 분리하는 수단이 있다. 수소가 필요한 경우에는, 가수 분해 반응이 일어날 수 있도록 수용성 연료 용액을 가져와 촉매와 접촉시키고 수소를 생성한다. 촉매의 분리는 당해 기술 분야에서 숙련된 자가 쉽게 인지할 수 있는 모든 기계적, 화학적, 전기적 및/또는 자기적 방법을 이용함으로써 이룰 수 있다. 하나의 실시 상태에 있어서, 별도의 챔버를 이용하여 수용성 연료 용액과 촉매를 분리하였다. 수용성 연료는 연료 저장소 중에 저장될 수 있고, 저장소에서 촉매가 저장된 챔버로 펌핑하여 촉매와 접촉하고, 금속 보로하이드라이드에 대한 등식 (1) 중에 나타낸 가수 분해 반응을 통하여 수소를 발생시킨다. 별도의 실시 상태에 있어서, 촉매를 본 발명의 하이드라이드 용액을 함유하는 탱크에 투입하고, 제거할 수 있다. According to the present invention, an improved system for generating hydrogen and a method for generating hydrogen are provided. The method comprises contacting an improved water soluble fuel mixture of the present invention of boron hydride with a cationic charge ( + IC) relative to the number of moles of boron in contact with a catalyst that promotes hydrolysis of boron hydride to produce hydrogen. The system provided by the present invention includes a means for contacting a water soluble fuel mixture of boron hydride with a catalyst. The means includes means for physically separating the fuel and the catalyst when hydrogen gas is not needed. If hydrogen is needed, an aqueous fuel solution is brought in contact with the catalyst and hydrogen is produced so that the hydrolysis reaction can occur. Separation of the catalyst can be accomplished by using any mechanical, chemical, electrical and / or magnetic method which is readily recognized by one skilled in the art. In one embodiment, a separate chamber was used to separate the aqueous fuel solution and the catalyst. The water soluble fuel can be stored in the fuel reservoir, pumped into the chamber in which the catalyst is stored in contact with the catalyst, and generate hydrogen through the hydrolysis reaction shown in equation (1) for the metal borohydride. In another embodiment, the catalyst can be introduced into a tank containing the hydride solution of the present invention and removed.

또 다른 실시 상태에 있어서, 가수 분해용 촉매는 산이고, 연료와 촉매 모두 액체 상태로 반응 챔버에 펌핑(pumping)하여 수소를 발생시킨다. 상기 실시 상태에 있어서, 연료 용액 및 촉매 용액은 분리된 용기에 저장되어야 하고, 개별적으로 반응기로 펌핑하여 가수 분해 반응을 시작하고 유지한다. 산 촉매는 강한 무기산, 특히 염산, 황산 및 인산이 좋다. In another embodiment, the hydrolysis catalyst is an acid, and both the fuel and the catalyst are pumped into the reaction chamber in a liquid state to generate hydrogen. In this embodiment, the fuel solution and catalyst solution must be stored in separate vessels and pumped separately into the reactor to start and maintain the hydrolysis reaction. Acid catalysts are preferably strong inorganic acids, in particular hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid.

본 발명의 개선된 연료 용액은 배치식 (batchwise) 또는 연속하여 시스템으로 펌핑될 수 있다. 또한, 촉매 챔버는 촉매 반응 중 서로 다른 단계에서 챔버 안팎으로 직접 흐를 수 있는 연료 용액을 통과시키는 적어도 1종의 도관(導管)을 포함할 수 있다. 또한, 도관은 가수 분해 반응에 의하여 발생 되는 수소 가스를 방촐하기 위한 출력 채널로서 기능할 수 있다. The improved fuel solution of the present invention can be pumped into the system batchwise or continuously. The catalyst chamber may also include at least one conduit through which a fuel solution can flow directly into and out of the chamber at different stages of the catalytic reaction. The conduit can also function as an output channel for preventing hydrogen gas generated by the hydrolysis reaction.

기질에 결합 되거나, 포획되어 있거나, 및/또는 피복되어 있는 불용성 금속 또는 금속은 등식 (1)에서 나타낸 반응 중의 촉매로서 사용하는 경우 별도의 챔버는 필요하지 않을 수 있다는 것이 중요하다. 금속 촉매에 적합한 기질에는 플라스틱, 중합체, 직물류, 금속류, 금속 산화물, 세라믹스 또는 탄소질의 물질이 있다. 바람직한 실시 상태에 있어서, 본 발명의 시스템은 본 명세서에 참조 되어 통합된 미국 특허 제6,534,033호에 기재된 바와 같이 금속 망과 섬유를 포함하여, 다공성 기질 또는 통기성이 없는 기질 내에, 및/또는 그 위에서 물리적 또는 화학적 수단에 의하여 촉매를 포획하는 봉쇄 시스템을 포함한다. 상기의 모든 실시 상태에 있어서, 수소 발생 시스템은 하나의 챔버만을 포함할 수 있고, 수용성 연료로부터 촉매를 분리하는 것은 용액에서 불용성 촉매 또는 담지 (supported) 촉매를 제거하는 것에 의하여 달성되며, 이로 인하여 촉매와 수소화붕소 사이의 접촉을 차단하게 된다. 결론적으로, 수소 생성물을 목적하는 경우, 촉매는 전술한 바와 같이 반응 (1)을 촉진시키기 위해서 수용성 연료에 간단하게 재투입할 수 있다.It is important that an insoluble metal or metal that is bound to, entrapped, and / or coated on a substrate may not require a separate chamber when used as a catalyst during the reaction shown in equation (1). Suitable substrates for metal catalysts include plastics, polymers, textiles, metals, metal oxides, ceramics or carbonaceous materials. In a preferred embodiment, the system of the present invention comprises a metal mesh and fibers, as described in US Pat. No. 6,534,033, incorporated herein by reference, and physically within and / or on a porous substrate or a non-breathable substrate. Or containment systems for capturing the catalyst by chemical means. In all of the above embodiments, the hydrogen generation system may include only one chamber, and separation of the catalyst from the water-soluble fuel is achieved by removing the insoluble catalyst or the supported catalyst from the solution, thereby And the contact between boron and hydride. In conclusion, if a hydrogen product is desired, the catalyst can be simply reintroduced into the water soluble fuel to promote reaction (1) as described above.

본 발명의 개선된 수용성 연료가 촉매가 없는 경우에 안정하기 때문에, 반응 (1)에 따른 수소의 발생은 수소화붕소를 촉매와 접촉하는 것을 조절함에 의하여 거의 조절될 수 있다. 수소 발생 시스템의 작동 기구와 그 배열에 따라, 촉매에 대한 수용성 연료의 흐름을 조절하거나, 연료 용액으로부터 촉매를 회수하는 것에 의하여 조절될 수 있다. 담지 촉매 또는 저장 (deposited) 촉매를 이용하는 시스템에서, 수소 생성물은 수소화붕소 연료 용액으로부터 결합 촉매를 분리하거나 결합 촉매와 접촉하는 것에 의하여 조절될 수 있다. 예컨대, 촉매 금속은 피스톤 등으로 부착하고, 수소의 필요에 따라 연료 용액의 안과 밖으로 펌핑시킬 수 있다. 별도의 방법으로, 담지 촉매는 별도의 챔버에 저장할 수 있고, 챔버로의 연료 용액의 펌핑은 밸브와 적절한 조절 수단에 의하여 조절된다. 산 용액과 같은 동종성 촉매의 경우, 수소 발생의 조절은 수소화붕소 연료 용액 또는 촉매 용액 또는 양쪽 모두의 흐름을 조절함으로써 이루어질 수 있다. 혼합 챔버는 혼합되고 가수 분해 반응이 일어날 수 있도록, 챔버에 상기 두 가지 용액을 주입하거나 펌핑하는 것이 좋다. Since the improved water soluble fuel of the present invention is stable in the absence of a catalyst, the generation of hydrogen according to reaction (1) can be almost controlled by controlling the contact of boron hydride with the catalyst. Depending on the operating mechanism and arrangement of the hydrogen generation system, it may be adjusted by adjusting the flow of water soluble fuel to the catalyst or recovering the catalyst from the fuel solution. In systems using supported catalysts or deposited catalysts, the hydrogen product can be controlled by separating or contacting the coupling catalyst from the boron hydride fuel solution. For example, the catalytic metal may be attached by a piston or the like and pumped in and out of the fuel solution as needed for hydrogen. Alternatively, the supported catalyst can be stored in a separate chamber and the pumping of the fuel solution into the chamber is controlled by a valve and appropriate control means. In the case of homogeneous catalysts such as acid solutions, the control of hydrogen evolution can be achieved by controlling the flow of the boron hydride fuel solution or catalyst solution or both. The mixing chamber is preferably mixed or pumped with the two solutions into the chamber so that the hydrolysis reaction can occur.

또 다른 실시 상태에 있어서, 히드로늄염과 같은 다면체 수소화붕소의 산성염 [이중, 양이온은 H+이다] 및 암모늄염 [이중, 양이온은 NH4+이다]이 수소 발생용 촉진제 및 연료 성분과 조합하여 사용될 수 있다. 적합한 촉진제 성분에는 H2B12H12, H2B10H10, (NH4)2B12H12 및 (NH4)2B10H10이 있다. 상기 시스템에서, 수소 발생 비율을 최적화하는데 필요하여 혼합될 수 있다 하더라도, 추가의 촉매 시스템은 필요하지 않다. 상기 실시 상태에 있어서, 산성 다면체 수소화붕소염 (촉진제)은 1종 이상의 수소화붕소를 포함하는 연료 혼합물과는 별도로 저장되고, 상기 성분들은 수소 발생에 필요한 경우 결합 된다. 적어도 1종의 촉진제 또는 연료 혼합물은 혼합을 용이하게 하기 위해서 수용액인 것이 좋다. 그러나, 각각의 성분 또는 양 성분 (연료 혼합물과 촉진제)은 안정제의 필요성을 제거하기 위하여 건조 분말로서 저장될 수 있다. 그러한 경우, 별도의 물 공급이 수소 발생을 위하여 필요하고, 건조 성분 및 액체 성분은 당해 기술 분야에서 숙련된 자에게 공지된 모든 방법을 이용하여 혼합 챔버에 정의된 비율로 첨가된다. 수소화붕소 성분, 농도 및 혼합 비율은 생성된 붕산염의 +IC/B 비율이 0.2 내지 0.4 또는 0.6 내지 0.99 범위 이도록 전술한 바와 같이 본 발명에 의하여 결정된다. 이러한 계산만을 목적으로, 예를 들어 H2B12H12와 같은 중성 수소화붕소로 처리되는 히드로늄염은 붕소 제공을 결정하기 위해서 B12H14로 처리한다. 수소 발생을 목적으로 하는 경우, 촉진제는 수소화붕소 연료 혼합물 및 모든 필요한 물과 혼합하기 위하여 반응기로 처리한다. 따라서, 산성 다면체 수소화붕소염은 수소 발생 반응을 촉진하기 위한 촉진제로서 작용하고, 수소를 생성하기 위하여 가수 분해하며, 연료 혼합물에 붕소 원자를 제공하고, 암모늄염의 경우 연료 혼합물에 양이온을 제공한다. In another embodiment, acid salts of polyhedron boron hydrides such as hydronium salts (double cations are H +) and ammonium salts (double cations are NH 4 +) can be used in combination with a hydrogen generating promoter and fuel component. . Suitable promoter components include H 2 B 12 H 12 , H 2 B 10 H 10, (NH 4 ) 2 B 12 H 12 and (NH 4 ) 2 B 10 H 10 . In such systems, no additional catalyst system is needed, although it may be necessary to mix to optimize the hydrogen evolution rate. In this embodiment, the acidic polyhedron borohydride (promoter) is stored separately from the fuel mixture comprising one or more boron hydrides, and the components are combined when needed for hydrogen evolution. The at least one promoter or fuel mixture is preferably an aqueous solution in order to facilitate mixing. However, each component or both components (fuel mixture and promoter) can be stored as a dry powder to eliminate the need for stabilizers. In such cases, a separate water supply is required for hydrogen evolution, and the dry and liquid components are added to the mixing chamber in the defined ratio using all methods known to those skilled in the art. The boron hydride component, concentration and mixing ratio are determined by the present invention as described above so that the + IC / B ratio of the resulting borate salt is in the range of 0.2 to 0.4 or 0.6 to 0.99. For the purpose of this calculation only, hydronium salts treated with neutral boron hydride, such as H 2 B 12 H 12 , are treated with B 12 H 14 to determine boron donation. If for the purpose of hydrogen evolution, the promoter is treated with a reactor to mix with the boron hydride fuel mixture and all the required water. Thus, the acidic polyhedral borohydride salt acts as an accelerator to promote the hydrogen evolution reaction, hydrolyzes to produce hydrogen, provides boron atoms in the fuel mixture, and in the case of ammonium salts, provides cations in the fuel mixture.

가수 분해 반응 중에 생성되는 수소 가스는 액체 붕산염 산물과 함께 용출된다는 것을 발견하였다. 결론적으로, 바람직한 실시 상태에 있어서, 가스-액체 분리기는 유출 용액으로부터 수소 가스를 분리하기 위하여 사용된다. 추가적으로, 수소 가스의 직접 수요를 충족시키기 위하여, 작은 버퍼 탱크를 본 시스템에 통합시키는 것이 좋다. 상기 실시 상태에 있어서, 작은 버퍼 탱크는 항상 수소의 즉시 공급을 위한 수소 가스의 저장소를 함유하고 있다. 수소가 버퍼 탱크로부터 회수되는 경우 일어나는 압력의 하강은 일정한 농도의 수소 가스를 유지할 수 있도록, 시스템이 더 많은 수소 가스를 생산하도록 한다. It was found that the hydrogen gas produced during the hydrolysis reaction elutes with the liquid borate product. In conclusion, in a preferred embodiment, a gas-liquid separator is used to separate hydrogen gas from the effluent solution. In addition, to meet the direct demand of hydrogen gas, it is advisable to incorporate a small buffer tank into the system. In this embodiment, the small buffer tank always contains a reservoir of hydrogen gas for the immediate supply of hydrogen. The drop in pressure that occurs when hydrogen is withdrawn from the buffer tank causes the system to produce more hydrogen gas so that it can maintain a constant concentration of hydrogen gas.

현재 시스템에 의하여 생성되는 수소 가스는 연료 전지로 사용되거나 바로 사용하기 위하여 수소 소비 기구로 이용될 수 있다. 별도의 방법으로서, 나중에 이용하기 위하여 수소 가스는 전술한 바와 같이 가스 저장소 또는 버퍼 탱크에 저장될 수 있다.The hydrogen gas produced by the current system can be used as a fuel cell or as a hydrogen consumption mechanism for immediate use. As an alternative method, hydrogen gas may be stored in a gas reservoir or buffer tank as described above for later use.

본 발명에 따라 제조된 연료 혼합물은 두 가지 조건에 의하여 지배된다. 이들 중 첫 번째는 본 명세서에서 논의된 붕소 원자에 대한 양이온 전하 (+IC)의 몰비이다. 두 번째는 혼합물을 형성하기 위하여 사용되는 각각의 염의 상대적인 용해도이다. 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자는 본 명세서에 기재된 최대 비울의 매개 변수와 그 정보를 쉽게 얻을 수 있는 각각의 염의 상대적인 용해도를 이용하여, 최대 비율이 있고 모든 성분이 수용성 용액(溶液)에서 가용성인 연료 용액을 제조할 수 있다는 것을 알 것이다. 상기 계산은 다음의 실시예에 기재되어 있으나, 이는 예시를 위한 것으로서 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. Fuel mixtures prepared according to the invention are governed by two conditions. The first of these is the molar ratio of the cationic charge ( + IC) to the boron atoms discussed herein. The second is the relative solubility of each salt used to form the mixture. One of ordinary skill in the art, using the parameters of maximum emptying described herein and the relative solubility of each salt for which the information is readily available, has the maximum ratio and all components are soluble in the aqueous solution. It will be appreciated that phosphorus fuel solutions can be prepared. The calculations are described in the following examples, which are intended to be illustrative and the scope of the invention is not limited thereto.

실시예Example 1 One

연료 혼합물로부터 수소를 발생시키기 위한 일반적인 공정General Process for Generating Hydrogen from Fuel Mixtures

시료 시스템으로서 연료 혼합물 중에 소듐 보로하이드라이드, 데카보레인, 수산화나트륨 및 물을 이용한 수소 발생 실험의 일반적인 설명을 기재하였다. 연료 혼합물은 야외에서 제조하였다. 물과 안정화 수산화나트륨은 초기에 혼합하고, 데카보레인을 거기에 첨가한 후, 이어서 적절한 양의 소듐 보로하이드라이드를 목적하는 비율만큼 첨가하였다. A general description of hydrogen evolution experiments using sodium borohydride, decaborane, sodium hydroxide and water in the fuel mixture as the sample system is described. The fuel mixture was prepared outdoors. Water and stabilized sodium hydroxide were initially mixed and decaborane was added thereto, followed by the appropriate amount of sodium borohydride in the desired proportions.

연료 혼합물을 촉진시켜 유출하기 위하여, 핫 플레이트 상에 놓여 진 반응기 를 이용하였다. 반응기는 이동하는 동안 지속적으로 작용하는 두 가지 열전대(熱電對), 즉 하나는 연료 용액의 온도를 측정하고 다른 하나는 반응기의 상부 근처의 헤드-스페이스 (head-space)의 온도를 측정하는 두 가지 열전대를 통합한다. 두 번째 열전대는 두 번째 열전대가 95℃의 경계 온도를 기록하는 경우 활성화되는 반응기를 통하여 순환하는 냉각 루프를 조절한다. 그러나, 실용적인 면에서 핫플레이트를 포함한다 하더라도 반응 온도는 90℃를 초과하지 않는다. 압력 센서는 지속적으로 내부 압력을 측정한다. 먼저 반응기는 루테늄으로 피복된 니켈 촉매 6 조각으로 전하되고, 각 조각은 0.095 내지 0.105 g 범위이다. 연료 혼합물 대략 10 그램 (중량은 각 런 (run)에 대하여 이미 공지되어 있다)을 입구 포트를 통하여 주입되고, 포트를 밀봉하였다. 이어서 핫플레이트를 켠다. 압력이 상당한 비율로 증가시키기 위하여 정지시킨 경우, 핫플레이트를 끄고 반응기를 실온으로 냉각시킨다. 반응기의 상부에서 평균 가스 온도가 반응 용액의 평균 온도에 대응되는 경우, 데이터 획득을 멈추고, 최종 압력을 측정하였다. 반응기 부피에 따른 최종 압력 및 온도는 수소 가스의 몰 산출액 (molar yield)를 계산하기 위하여 이용하였다. 이어서 상기 몰 산출액을 퍼센트 산출액을 계산하기 위하여 연료의 양 및 농도의 예상 산출액과 비교하였다. In order to accelerate and discharge the fuel mixture, a reactor placed on a hot plate was used. The reactor has two thermocouples that act continuously during the movement, one measuring the temperature of the fuel solution and the other measuring the temperature of the head-space near the top of the reactor. Integrate the thermocouple. The second thermocouple regulates a cooling loop that circulates through the reactor that is activated when the second thermocouple records a boundary temperature of 95 ° C. However, in practical terms, even if a hot plate is included, the reaction temperature does not exceed 90 ° C. The pressure sensor continuously measures the internal pressure. The reactor is first charged with six pieces of nickel catalyst coated with ruthenium, each piece ranging from 0.095 to 0.105 g. Approximately 10 grams of fuel mixture (weight already known for each run) was injected through the inlet port and the port was sealed. Then turn on the hotplate. If the pressure is stopped to increase at a significant rate, the hotplate is turned off and the reactor is cooled to room temperature. If the average gas temperature at the top of the reactor corresponds to the average temperature of the reaction solution, data acquisition was stopped and the final pressure was measured. Final pressure and temperature depending on the reactor volume were used to calculate the molar yield of hydrogen gas. The molar output was then compared with the expected output of the amount and concentration of fuel to calculate the percentage output.

촉매 유출과 같은 방식으로 열분해를 수행하였으나, 파 반응기 (Parr reactor)는 촉매로 전하되지 않았고, 오직 핫플레이트의 열만이 혼합물의 가수 분해에 관여한다. The pyrolysis was carried out in the same way as the catalyst outflow, but the Parr reactor was not charged with the catalyst and only the heat of the hotplate was involved in the hydrolysis of the mixture.

실시예Example 2 2

수소 7.0 Hydrogen 7.0 wtwt -%, -%, ++ ICIC /B 비율 = 0.8/ B ratio = 0.8

이하에서는 실시예 1의 공정에 의하여 혼합하고 붕소에 대한 나트륨의 비율이 0.8, 소듐 보로하이드라이드 27.16 g, 수산화나트륨 3 g; 데카보레인 (14) 3.34 g 및 물 66.5 g를 포함하고, H2 7.0 중량%를 배달할 수 있는 연료 혼합물 100g을 얻었다. 소듐 보로하이드라이드의 1몰은 상기의 등식 (1)에 따라 수소 4몰을 생산한다. Hereinafter, the mixture was mixed by the process of Example 1, the ratio of sodium to boron was 0.8, sodium borohydride 27.16 g, sodium hydroxide 3 g; 100 g of a fuel mixture comprising 3.34 g of decaborane (14) and 66.5 g of water, capable of delivering 7.0% by weight of H2, were obtained. One mole of sodium borohydride produces 4 moles of hydrogen according to equation (1) above.

Figure 112006051453772-PCT00005
(1)
Figure 112006051453772-PCT00005
(One)

그리고, 데카보레인 (14) 1몰은 등식 (2)에 따라 수소 22몰을 생성한다.And 1 mole of decabolane (14) produces 22 moles of hydrogen according to equation (2).

Figure 112006051453772-PCT00006
(2)
Figure 112006051453772-PCT00006
(2)

상기 혼합물의 수소 저장 용량은 H2 총 몰수를 계산하고, 혼합물의 초기 중량으로 나누어 결정된다. The hydrogen storage capacity of the mixture is determined by calculating the total moles of H 2 and dividing by the initial weight of the mixture.

NaBH4로부터

Figure 112006051453772-PCT00007
From NaBH 4
Figure 112006051453772-PCT00007

B10H14로부터

Figure 112006051453772-PCT00008
From B 10 H 14
Figure 112006051453772-PCT00008

총 수소 산출액은 5.79 + 1.21 = 7 그램 또는 7중량%이다. The total hydrogen output is 5.79 + 1.21 = 7 grams or 7% by weight.

+IC : B 비율은 다음과 같이 계산된다. + IC: B ratio is calculated as

NaBH4로부터

Figure 112006051453772-PCT00009
From NaBH 4
Figure 112006051453772-PCT00009

B10H14로부터

Figure 112006051453772-PCT00010
From B 10 H 14
Figure 112006051453772-PCT00010

NaBH4로부터

Figure 112006051453772-PCT00011
From NaBH 4
Figure 112006051453772-PCT00011

NaOH로부터

Figure 112006051453772-PCT00012
Figure 112006051453772-PCT00013
From NaOH
Figure 112006051453772-PCT00012
Figure 112006051453772-PCT00013

따라서, 상기 혼합물의 Na:B의 몰비는 0.8이다. Thus, the molar ratio of Na: B in the mixture is 0.8.

실시예Example 3 3

수소 6.8 Hydrogen 6.8 wtwt -%, -%, ++ ICIC /B 비율 = 0.25/ B ratio = 0.25

이하에서는 실시예 1의 공정에 의하여 혼합하고 붕소에 대한 나트륨의 비율이 0.25, 소듐 트리보로하이드라이드 13.74 g, 소듐 도데카하이드로도데카보레이트 13.74 g 및 물 76.09 g을 포함하고, H2 6.8 중량%를 배달할 수 있는 연료 혼합물 100g을 얻었다. 소듐 도데카하이드로도데카보레이트 1몰은 상기의 등식 (3)에 따라 수소 25몰을 생산한다. In the following, it was mixed by the process of Example 1, the ratio of sodium to boron contained 0.25, sodium triborohydride 13.74 g, 13.74 g sodium dodecahydrododecarborate and 76.09 g of water, H 2 6.8 weight 100 g of a fuel mixture capable of delivering% were obtained. One mole of sodium dodecahydrododecaborate produces 25 moles of hydrogen according to equation (3) above.

Figure 112006051453772-PCT00014
(3)
Figure 112006051453772-PCT00014
(3)

그리고, 소듐 트리보로하이드라이드 1몰은 등식 (4)에 따라 수소 9몰을 생성한다.And 1 mol of sodium triborohydride produces 9 mol of hydrogen according to Formula (4).

Figure 112006051453772-PCT00015
(4)
Figure 112006051453772-PCT00015
(4)

상기 혼합물의 수소 저장 용량은 H2 총 몰수를 계산하고, 혼합물의 초기 중량으로 나누어 결정된다. The hydrogen storage capacity of the mixture is determined by calculating the total moles of H 2 and dividing by the initial weight of the mixture.

Na2B12H12로부터

Figure 112006051453772-PCT00016
From Na 2 B 12 H 12
Figure 112006051453772-PCT00016

NaB3H8로부터

Figure 112006051453772-PCT00017
From NaB 3 H 8
Figure 112006051453772-PCT00017

총 수소 산출액은 2.87 + 3.93 = 6.8 그램 또는 6.8중량%이다. 또한, +IC : B 비율은 다음과 같이 계산될 수 있다. The total hydrogen output is 2.87 + 3.93 = 6.8 grams or 6.8 weight percent. In addition, the + IC: B ratio can be calculated as follows.

Na2B12H12로부터

Figure 112006051453772-PCT00018
From Na 2 B 12 H 12
Figure 112006051453772-PCT00018

NaB3H8로부터

Figure 112006051453772-PCT00019
From NaB 3 H 8
Figure 112006051453772-PCT00019

Na2B12H12로부터

Figure 112006051453772-PCT00020
From Na 2 B 12 H 12
Figure 112006051453772-PCT00020

NaB3H8로부터

Figure 112006051453772-PCT00021
Figure 112006051453772-PCT00022
From NaB 3 H 8
Figure 112006051453772-PCT00021
Figure 112006051453772-PCT00022

따라서, 상기 혼합물의 Na:B의 몰비는 0.25이다. Thus, the molar ratio of Na: B in the mixture is 0.25.

실시예Example 4 4

수소 5 Hydrogen 5 wtwt -%, -%, ++ ICIC /B 비율 = 0.25/ B ratio = 0.25

이하에서는 실시예 1의 공정에 의하여 혼합하고 붕소에 대한 금속 양이온의 비율이 0.25, 포타슘 트리보로하이드라이드 12.95 g; 마그네슘 도데카하이드로도데카보레이트 6.76 g 및 물 80.03 g을 포함하고, H2 5.0 중량%를 배달할 수 있는 연료 혼합물 100g을 얻었다. Hereinafter, the mixture was mixed by the process of Example 1, the ratio of the metal cation to boron is 0.25, 12.95 g of potassium triborohydride; 100 g of a fuel mixture comprising 6.76 g of magnesium dodecahydrododecaborate and 80.03 g of water, capable of delivering 5.0% by weight of H 2 , was obtained.

마그네슘 도데카하이드로도데카보레이트 1몰은 상기의 등식 (5)에 따라 수소 25몰을 생산한다. One mole of magnesium dodecahydrododecaborate produces 25 moles of hydrogen according to equation (5) above.

Figure 112006051453772-PCT00023
(5)
Figure 112006051453772-PCT00023
(5)

그리고, 포타슘 트리보로하이드라이드 1몰은 등식 (6)에 따라 수소 9몰을 생성한다.And 1 mole of potassium triborohydride produces 9 moles of hydrogen according to equation (6).

Figure 112006051453772-PCT00024
(6)
Figure 112006051453772-PCT00024
(6)

상기 혼합물의 수소 저장 용량은 H2 총 몰수를 계산하고, 혼합물의 초기 중량으로 나누어 결정된다. The hydrogen storage capacity of the mixture is determined by calculating the total moles of H 2 and dividing by the initial weight of the mixture.

MgB12H12로부터 From MgB 12 H 12

KB3H8로부터

Figure 112006051453772-PCT00026
From KB 3 H 8
Figure 112006051453772-PCT00026

총 수소 산출액은 2.05 + 2.95 = 5.0 그램 또는 5중량%이다. The total hydrogen output is 2.05 + 2.95 = 5.0 grams or 5% by weight.

또한 +IC : B 비율은 다음과 같이 계산될 수 있다. The + IC: B ratio can also be calculated as

MgB12H12로부터

Figure 112006051453772-PCT00027
From MgB 12 H 12
Figure 112006051453772-PCT00027

KB3H8로부터

Figure 112006051453772-PCT00028
From KB 3 H 8
Figure 112006051453772-PCT00028

MgB12H12로부터

Figure 112006051453772-PCT00029
From MgB 12 H 12
Figure 112006051453772-PCT00029

KB3H8로부터

Figure 112006051453772-PCT00030
Figure 112006051453772-PCT00031
From KB 3 H 8
Figure 112006051453772-PCT00030
Figure 112006051453772-PCT00031

따라서, 상기 혼합물의 Na:B의 몰비는 0.25이다. Thus, the molar ratio of Na: B in the mixture is 0.25.

실시예Example 5-8 5-8

유사한 계산법에 의하여 다음의 연료 혼합물을 실시예 1의 공정에 따라 제조하였다.The following fuel mixture was prepared according to the process of Example 1 by similar calculations.

실시예Example ## 연료 혼합물Fuel mixture 조성Furtherance ++ ICIC BB ++ ICIC /B/ B H H wtwt %% 5  5 3.92 g NaBH4 0.78 g NaOH 0.63g B10H14 14.69 H203.92 g NaBH 4 0.78 g NaOH 0.63 g B 10 H 14 14.69 H 2 0 0.124  0.124 0.156  0.156 0.79  0.79 5.3%  5.3% 6  6 6.13 g NaBH4 0.8 g NaOH 0.8 g B10H14 17.33 H206.13 g NaBH 4 0.8 g NaOH 0.8 g B 10 H 14 17.33 H 2 0 0.182  0.182 0.227  0.227 0.8  0.8 6.4%  6.4% 7  7 7.26 g NaBH4 0.78 g NaOH 0.87g B10H14 76.54 H207.26 g NaBH 4 0.78 g NaOH 0.87 g B 10 H 14 76.54 H 2 0 0.214  0.214 0.263  0.263 0.81  0.81 7.5%  7.5% 8  8 3.22 g NaBH4 0.47 g NaOH 0.40g B10H14 6.18 H203.22 g NaBH 4 0.47 g NaOH 0.40 g B 10 H 14 6.18 H 2 0 0.095  0.095 0.118  0.118 0.81  0.81 8.1%  8.1%

실시예Example 9 9

수소 5.6Hydrogen 5.6 wtwt -%, -%, ++ ICIC /B 비율 = 0.7/ B ratio = 0.7

촉진제로서 수소화붕소의 용도를 증명하기 위하여, 소듐 보로하이드라이드 (20 mg), 디암모늄 데카하이드로데카보레이트 (5 mg) 및 물 (75mg)을 함께 혼합하 고, 직접적이고 강력한 수소 진화에 의하여 실시하였다. 상기 혼합물은 붕소에 대한 +IC 비율이 0.7인 연료 혼합물과 동등하고, 수소 5.6 wt-%를 배달할 수 있다. 소듐 보로하이드라이드의 1몰은 상기의 등식 (1)에 따라 수소 4몰을 생산한다. To demonstrate the use of boron hydride as promoter, sodium borohydride (20 mg), diammonium decahydrodecaborate (5 mg) and water (75 mg) were mixed together and performed by direct and powerful hydrogen evolution. . The mixture is equivalent to a fuel mixture with a + IC ratio to boron of 0.7 and can deliver 5.6 wt-% hydrogen. One mole of sodium borohydride produces 4 moles of hydrogen according to equation (1) above.

Figure 112006051453772-PCT00032
(1)
Figure 112006051453772-PCT00032
(One)

그리고, 디암모늄 데카하이드로데카보레이트 1몰은 등식 (7)에 따라 수소 21몰을 생성한다.And 1 mol of diammonium decahydrodecaborate produces 21 mol of hydrogen according to Formula (7).

Figure 112006051453772-PCT00033
(7)
Figure 112006051453772-PCT00033
(7)

상기 혼합물의 수소 저장 용량은 H2 총 몰수를 계산하고, 혼합물의 초기 중량으로 나누어 결정된다. The hydrogen storage capacity of the mixture is determined by calculating the total moles of H 2 and dividing by the initial weight of the mixture.

NaBH4로부터

Figure 112006051453772-PCT00034
Figure 112006051453772-PCT00035
From NaBH 4
Figure 112006051453772-PCT00034
Figure 112006051453772-PCT00035

총 수소 산출액은 4.26 +1.40 = 5.66 밀리그램 또는 5.6 중량%이다. The total hydrogen output is 4.26 +1.40 = 5.66 milligrams or 5.6% by weight.

또한, +IC : B 비율은 다음과 같이 계산될 수 있다. In addition, the + IC: B ratio can be calculated as follows.

(NH4)2B10H10로부터

Figure 112006051453772-PCT00036
(NH 4 ) from 2 B 10 H 10
Figure 112006051453772-PCT00036

NaBH4로부터

Figure 112006051453772-PCT00037
From NaBH 4
Figure 112006051453772-PCT00037

(NH4)2B10H10로부터

Figure 112006051453772-PCT00038
(NH 4 ) from 2 B 10 H 10
Figure 112006051453772-PCT00038

NaBH4로부터

Figure 112006051453772-PCT00039
Figure 112006051453772-PCT00040
From NaBH 4
Figure 112006051453772-PCT00039
Figure 112006051453772-PCT00040

따라서, 상기 혼합물의 Na:B의 몰비는 0.70이다. Thus, the molar ratio of Na: B in the mixture is 0.70.

실시예Example 10 10

수소 7.4 Hydrogen 7.4 wtwt -%, -%, ++ ICIC /B 비율 = 0.38/ B ratio = 0.38

실시예 9의 공정에 따라, 소듐 보로하이드라이드 (17 g), B12H12 -2의 히드로늄 염 (11 g), 수산화나트륨 (3 g) 및 물 (70 g)을 혼합하여 수소를 발생시켰다. 상기 혼합물은 붕소에 대한 +IC 비율이 0.38인 연료 혼합물과 동등하고, 수소 7.4 wt-%를 배달할 수 있다. 소듐 보로하이드라이드의 1몰은 상기의 등식 (1)에 따라 수소 4몰을 생산한다. According to the process of Example 9, hydrogen was generated by mixing sodium borohydride (17 g), the hydronium salt of B 12 H 12 -2 (11 g), sodium hydroxide (3 g) and water (70 g). I was. The mixture is equivalent to a fuel mixture with a + IC ratio to boron of 0.38 and can deliver 7.4 wt-% hydrogen. One mole of sodium borohydride produces 4 moles of hydrogen according to equation (1) above.

Figure 112006051453772-PCT00041
(1)
Figure 112006051453772-PCT00041
(One)

그리고, H2B12H12 1몰은 등식 (8)에 따라 수소 25몰을 생성한다. And 1 mol of H 2 B 12 H 12 produces 25 mol of hydrogen according to equation (8).

Figure 112006051453772-PCT00042
(8)
Figure 112006051453772-PCT00042
(8)

상기 혼합물의 수소 저장 용량은 H2 총 몰수를 계산하고, 혼합물의 초기 중량으로 나누어 결정된다. The hydrogen storage capacity of the mixture is determined by calculating the total moles of H 2 and dividing by the initial weight of the mixture.

NaBH4로부터

Figure 112006051453772-PCT00043
From NaBH 4
Figure 112006051453772-PCT00043

H2B12H12로부터

Figure 112006051453772-PCT00044
From H 2 B 12 H 12
Figure 112006051453772-PCT00044

총 수소 산출액은 3.62 + 3.85 = 7.47 그램 또는 7.4 중량%이다. The total hydrogen output is 3.62 + 3.85 = 7.47 grams or 7.4 wt%.

또한, +IC : B 비율은 다음과 같이 계산될 수 있다. In addition, the + IC: B ratio can be calculated as follows.

H2B12H12로부터

Figure 112006051453772-PCT00045
From H 2 B 12 H 12
Figure 112006051453772-PCT00045

NaBH4로부터

Figure 112006051453772-PCT00046
From NaBH 4
Figure 112006051453772-PCT00046

NaOH로부터

Figure 112006051453772-PCT00047
From NaOH
Figure 112006051453772-PCT00047

NaBH4로부터

Figure 112006051453772-PCT00048
From NaBH 4
Figure 112006051453772-PCT00048

Figure 112006051453772-PCT00049
Figure 112006051453772-PCT00049

따라서, 상기 혼합물의 Na:B의 몰비는 0.38이다. Thus, the molar ratio of Na: B in the mixture is 0.38.

Claims (39)

알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 알루미늄 양이온으로 이루어진 군 중에서 선택되는 양이온으로 형성된 적어도 1종의 수소화붕소염을 함유하는 수소화붕소류의 혼합물의 슬러리 또는 하이드로알코올 용액 또는 수용액을 포함하고, 상기 수소화붕소류의 혼합물은 붕소에 대한 양이온 전하 (+IC)의 비율이 0.2 내지 0.4 또는 0.6 내지 0.99의 범위인 것인 수소 발생기용 수용성 연료.A slurry of a mixture of boron hydrides containing at least one borohydride salt formed of a cation selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals and aluminum cations, or a hydroalcohol solution or an aqueous solution, wherein the mixture of boron hydrides A water-soluble fuel for a hydrogen generator, wherein the ratio of cationic charge ( + IC) to silver boron is in the range of 0.2 to 0.4 or 0.6 to 0.99. 제1항에 있어서, 상기 수소화붕소류의 혼합물은 붕소에 대한 양이온 전하 (+IC)의 비율이 0.2 내지 0.3 또는 0.7 내지 0.8의 범위인 것인 수용성 연료.The water-soluble fuel according to claim 1, wherein the mixture of boron hydrides has a ratio of cationic charge ( + IC) to boron in the range of 0.2 to 0.3 or 0.7 to 0.8. 제1항에 있어서, 상기 수소화붕소류는 보로하이드라이드염(MBH4), 트리보로하이드라이드염(MB3H8), 데카하이드로데카보레이트염(M2B10H10) 트리데카하이드로데카보레이트염(MB10H13), 도데카하이드로도데카보레이트염(M2B12H12), 옥타데카하이드로이코사보레이트염(M2B20H8) 및 데카보레인 (14)(B10H14) [이상에서, M은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 알루미늄으로 이루어진 군 중에서 선택된다]으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 수용성 연료.According to claim 1, wherein the boron hydride is borohydride salt (MBH 4 ), triborohydride salt (MB 3 H 8 ), decahydrodecaborate salt (M 2 B 10 H 10 ) trideca hydrodeca Borate salt (MB 10 H 13 ), Dodecahydrododecarborate salt (M 2 B 12 H 12 ), Octadecahydroicosaborate salt (M 2 B 20 H 8 ) and Decaborate (14) (B 10 H 14 ) A water-soluble fuel selected from the group consisting of M is selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals and aluminum. 제1항에 있어서, 상기 수소화붕소류의 혼합물은 나트륨 이온, 리튬 이온 및 칼륨 이온으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 수용성 연료.The water-soluble fuel according to claim 1, wherein the mixture of boron hydrides is selected from the group consisting of sodium ions, lithium ions and potassium ions. 제4항에 있어서, 상기 수소화붕소류의 혼합물은 수용성 배지 중에서 상기 보로하이드라이드염을 위한 안정제를 더 포함하고, 상기 안정제는 수산화나트륨, 수산화리튬 및 수산화칼륨으로 이루어진 군 중에서 선택되는 수산화물을 포함하는 것인 수용성 연료.The method of claim 4, wherein the mixture of boron hydrides further comprises a stabilizer for the borohydride salt in an aqueous medium, the stabilizer comprises a hydroxide selected from the group consisting of sodium hydroxide, lithium hydroxide and potassium hydroxide Water-soluble fuel. 제5항에 있어서, 상기 보로하이드라이드염은 소듐 보로하이드라이드이고 상기 안정제는 수산화나트륨인 것인 수용성 연료.6. The water soluble fuel of claim 5, wherein the borohydride salt is sodium borohydride and the stabilizer is sodium hydroxide. 제3항에 있어서, 상기 수소화붕소 혼합물은 보로하이드라이드염 및 데카보레인을 포함하고, 또한 상기 연료는 수용성 배지 중에 상기 보로하이드라이드염을 위한 안정제를 함유하며, 상기 안정제는 수산화나트륨, 수산화리튬 및 수산화칼륨으로 이루어진 군 중에서 선택되는 수산화물을 포함하는 것인 수용성 연료.4. The boron hydride mixture according to claim 3, wherein the boron hydride mixture comprises borohydride salt and decaborane, and the fuel contains a stabilizer for the borohydride salt in an aqueous medium, the stabilizer being sodium hydroxide, lithium hydroxide. And potassium hydroxide selected from the group consisting of potassium hydroxide. 제7항에 있어서, 상기 수소화붕소 혼합물은 소듐 보로하이드라이드 및 데카보레인을 포함하고, 상기 안정제는 수산화나트륨인 것인 수용성 연료.8. The water soluble fuel of claim 7, wherein the boron hydride mixture comprises sodium borohydride and decaborane and the stabilizer is sodium hydroxide. 제3항에 있어서, 상기 수소화붕소 혼합물은 트리보로하이드라이드염 및 도데 카하이드로도데카보레이트염을 포함하는 것인 수용성 연료.4. The water-soluble fuel of claim 3, wherein the boron hydride mixture comprises a triborohydride salt and a dodecahydrododecarborate salt. 제9항에 있어서, 상기 트리보로하이드라이드염은 포타슘 트리보로하이드라이드염이고, 상기 도데카하이드로도데카보레이트염은 마그네슘 도데카하이드로도데카보레이트염인 것인 수용성 연료.The water-soluble fuel according to claim 9, wherein the triborohydride salt is a potassium triborohydride salt, and the dodecahydrododecaborate salt is a magnesium dodecahydrododecaborate salt. 제3항에 있어서, 상기 수소화붕소 혼합물은 보로하이드라이드염 및 도데카하이드로도데카보레이트염을 포함하고, 상기 연료는 또한 수용성 배지 중에 상기 보로하이드라이드염을 위한 안정제를 함유하며, 상기 안정제는 수산화나트륨, 수산화리튬 및 수산화칼륨으로 이루어진 군 중에서 선택되는 수산화물을 포함하는 것인 수용성 연료.4. The boron hydride mixture of claim 3, wherein said boron hydride mixture comprises a borohydride salt and a dodecahydrododecaborate salt, said fuel also contains a stabilizer for said borohydride salt in an aqueous medium, said stabilizer being hydroxylated. A water-soluble fuel comprising a hydroxide selected from the group consisting of sodium, lithium hydroxide and potassium hydroxide. 제11항에 있어서, 상기 수소화붕소염은 소듐 보로하이드라이드를 포함하고, 상기 도데카하이드로도데카보레이트염은 소듐 도데카하이드로도데카보레이트염이며, 상기 안정제는 수산화나트륨인 것인 수용성 연료.The water-soluble fuel of claim 11, wherein the boron hydride salt comprises sodium borohydride, the dodecahydrododecaborate salt is a sodium dodecahydrododecaborate salt, and the stabilizer is sodium hydroxide. 제3항에 있어서, 상기 수소화붕소 혼합물은 보로하이드라이드염 및 트리보로하이드라이드염이고, 상기 연료는 또한 수용성 배지 중에 상기 보로하이드라이드염을 위한 안정제를 함유하며, 상기 안정제는 수산화나트륨, 수산화리튬 및 수산화칼륨으로 이루어진 군 중에서 선택되는 수산화물을 포함하는 것인 수용성 연료.4. The boron hydride mixture is a borohydride salt and a triborohydride salt, the fuel also contains a stabilizer for the borohydride salt in an aqueous medium, the stabilizer being sodium hydroxide, hydroxide. A water-soluble fuel comprising a hydroxide selected from the group consisting of lithium and potassium hydroxide. 제13항에 있어서, 상기 보로하이드라이드염은 소듐 보로하이드라이드염이고, 상기 트리보로하이드라이드염은 소듐트리보로하이드라이드이며, 상기 안정제는 수산화나트륨인 것인 수용성 연료.The water-soluble fuel of claim 13, wherein the borohydride salt is a sodium borohydride salt, the triborohydride salt is sodium triborohydride, and the stabilizer is sodium hydroxide. 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 알루미늄 양이온으로 이루어진 군 중에서 선택되는 양이온으로 형성된 적어도 1종의 수소화붕소염을 함유하는 수소화붕소류의 혼합물의 슬러리 또는 하이드로알코올 용액 또는 수용액을 포함하고, 상기 수소화붕소류의 혼합물은 붕소에 대한 양이온 전하 (+IC)의 비율이 0.2 내지 0.4 또는 0.6 내지 0.99의 범위이고, 산 및 전이 금속으로 이루어진 군 중에서 선택되는 수소 생성 촉매를 가지는 것인 수소 가스 생성 방법.A mixture of boron hydrides containing at least one borohydride salt formed of a cation selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals and aluminum cations; Wherein the ratio of cationic charge ( + IC) to silver boron is in the range of 0.2 to 0.4 or 0.6 to 0.99, and has a hydrogen generation catalyst selected from the group consisting of acid and transition metal. 제15항에 있어서, 상기 수소화붕소류의 혼합물은 붕소에 대한 양이온 전하 (+IC)의 비율이 0.2 내지 0.3 또는 0.7 내지 0.8의 범위인 것인 수소 가스 생성 방법.16. The method of claim 15, wherein the mixture of boron hydrides has a ratio of cationic charge ( + IC) to boron in the range of 0.2 to 0.3 or 0.7 to 0.8. 제15항에 있어서, 상기 수소화붕소류는 보로하이드라이드염(MBH4), 트리보로하이드라이드염(MB3H8), 데카하이드로데카보레이트염(M2B10H10) 트리데카하이드로데카 보레이트염(MB10H13), 도데카하이드로도데카보레이트염(M2B12H12), 옥타데카하이드로이코사보레이트염(M2B20H8) 및 데카보레인 (14)(B10H14) [이상에서, M은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 알루미늄으로 이루어진 군 중에서 선택된다]으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 수소 가스 생성 방법.The method of claim 15, wherein the borohydride is a borohydride salt (MBH 4 ), triborohydride salt (MB 3 H 8 ), decahydrode carborate salt (M 2 B 10 H 10 ) trideca hydrodeca Borate salt (MB 10 H 13 ), Dodecahydrododecarborate salt (M 2 B 12 H 12 ), Octadecahydroicosaborate salt (M 2 B 20 H 8 ) and Decaborate (14) (B 10 H 14 ) The hydrogen gas production method of the above, wherein M is selected from the group consisting of alkali metal, alkaline earth metal and aluminum. 제15항에 있어서, 상기 혼합물은 보로하이드 염 [이중에서, M은 나트륨, 리튬 및 칼륨으로 이루어진 군 중에서 선택된다]을 함유하는 것인 수소 가스 생성 방법.The method of claim 15, wherein the mixture contains a borohydride salt, wherein M is selected from the group consisting of sodium, lithium, and potassium. 제18항에 있어서, 상기 혼합물은 수용성 배지 중에서 상기 보로하이드라이드염을 위한 안정제를 더 포함하고, 상기 안정제는 수산화나트륨, 수산화리튬 및 수산화칼륨을 포함하는 것인 수소 가스 생성 방법.19. The method of claim 18, wherein said mixture further comprises a stabilizer for said borohydride salt in an aqueous medium, said stabilizer comprising sodium hydroxide, lithium hydroxide and potassium hydroxide. 제15항에 있어서, 상기 촉매는 염산, 황산 및 인산으로 이루어진 군 중에서 선택되는 산인 것인 수소 가스 생성 방법.The method of claim 15, wherein the catalyst is an acid selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid. 제1항에 있어서, 상기 촉매는 니켈, 코발트 및 철의 금속류로부터 선택되는 1종 이상의 전이 금속을 포함하는 것인 수소 가스 생성 방법.The method of claim 1, wherein the catalyst comprises one or more transition metals selected from metals of nickel, cobalt and iron. 제21항에 있어서, 상기 촉매는 루테늄, 코발트 및 그 혼합물인 것인 수소 가스 생성 방법.The method of claim 21, wherein the catalyst is ruthenium, cobalt and mixtures thereof. (a) 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 알루미늄 양이온으로 이루어진 군 중에서 선택되는 양이온으로 형성된 적어도 1종의 수소화붕소염을 함유하는 수소화붕소류의 혼합물의 슬러리 또는 하이드로알코올 용액 또는 수용액을 포함하고, 상기 수소화붕소류의 혼합물은 붕소에 대한 양이온 전하 (+IC)의 비율이 0.2 내지 0.4 또는 0.6 내지 0.99의 범위인 것인 수소 발생기용 수용성 연료와,(a) a slurry of a mixture of boron hydrides containing at least one borohydride salt formed of a cation selected from the group consisting of an alkali metal, an alkaline earth metal and an aluminum cation, or a hydroalcohol solution or an aqueous solution, wherein the boron hydride Mixtures of the present invention are water-soluble fuels for hydrogen generators in which the ratio of cationic charge ( + IC) to boron is in the range of 0.2 to 0.4 or 0.6 to 0.99, (b) 산 및 전이 금속으로 이루어진 군 중에서 선택되는 수소 생성 촉매와,(b) a hydrogen production catalyst selected from the group consisting of acids and transition metals, (c) 상기 수용성 연료를 촉매와 접촉시켜 수소를 발생시키는 수단을 포함하는 수소 발생 시스템.(c) means for contacting said water soluble fuel with a catalyst to generate hydrogen. 제23항에 있어서, 상기 수소화붕소류의 혼합물은 붕소에 대한 양이온 전하 (+IC)의 비율이 0.2 내지 0.3 또는 0.7 내지 0.8의 범위인 것인 수소 발생 시스템.24. The hydrogen generation system of claim 23, wherein said mixture of boron hydrides has a ratio of cationic charge ( + IC) to boron in the range of 0.2 to 0.3 or 0.7 to 0.8. 제23항에 있어서, 상기 수소화붕소류는 보로하이드라이드염(MBH4), 트리보로하이드라이드염(MB3H8), 데카하이드로데카보레이트염(M2B10H10) 트리데카하이드로데카보레이트염(MB10H13), 도데카하이드로도데카보레이트염(M2B12H12), 옥타데카하이드로이 코사보레이트염(M2B20H8) 및 데카보레인 (14)(B10H14) [이상에서, M은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 알루미늄으로 이루어진 군 중에서 선택된다]으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 수소 발생 시스템.The method of claim 23, wherein the borohydride is a borohydride salt (MBH 4 ), triborohydride salt (MB 3 H 8 ), decahydrode carborate salt (M 2 B 10 H 10 ) trideca hydrodeca Borate salt (MB 10 H 13 ), dodecahydrododecaborate salt (M 2 B 12 H 12 ), octadecahydrocosaborate salt (M 2 B 20 H 8 ) and decaborain (14) (B 10 H 14 ) A hydrogen generating system, wherein M is selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals and aluminum. 제23항에 있어서, 상기 수소화붕소류의 혼합물은 나트륨 이온, 리튬 이온 및 칼륨 이온으로 이루어진 군 중에서 선택되는 양이온으로 형성되는 보로하이드라이드염을 함유하는 것인 수소 발생 시스템.The hydrogen generation system according to claim 23, wherein the mixture of boron hydrides contains a borohydride salt formed of a cation selected from the group consisting of sodium ions, lithium ions and potassium ions. 제23항에 있어서, 상기 수소 생성 촉매는 염산, 황산 및 인산으로 이루어진 군 중에서 선택되는 산이고, 상기 수용성 연료는 별도의 용기에 저장되는 것인 수소 발생 시스템.The hydrogen generation system of claim 23, wherein the hydrogen generation catalyst is an acid selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid, and the water soluble fuel is stored in a separate vessel. 제23항에 있어서, 수소 생성 촉매는 전이 금속 분자가 결합 되어 있거나, 포획되어 있거나, 및/또는 피복되어 있는 것인 기질을 포함하고, 상기 접촉 수단은 촉매가 수용성 연료로 이동할 수 있거나 접촉할 수 없는 상기 촉매를 위한 봉쇄 시스템을 포함하는 것인 수소 발생 시스템.The method of claim 23, wherein the hydrogen generation catalyst comprises a substrate having transition metal molecules bound, entrapped, and / or coated, wherein the contacting means can move or contact the catalyst with a water soluble fuel. A containment system for said catalyst without said hydrogen generating system. 제23항에 있어서, 유출물로부터 수소를 분리하기 위한 가스-액체 분리기를 더 포함하는 것인 수소 발생 시스템.24. The hydrogen generation system of claim 23, further comprising a gas-liquid separator for separating hydrogen from the effluent. 제23항에 있어서, 상기 수용성 연료 중의 적어도 일부의 물은 수소를 소비하는 기구의 반응 산물로부터 얻어지고, 상기 기구는 상기 시스템과 조작 가능하게 연결된 것인 수소 발생 시스템.24. The hydrogen generation system of claim 23, wherein water of at least a portion of the water soluble fuel is obtained from a reaction product of a mechanism that consumes hydrogen, and the apparatus is operably connected to the system. 제30항에 있어서, 상기 수소를 소비하는 기구는 연료 전지, 연소 기관, 가스 터빈 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 수소 발생 시스템.31. The hydrogen generation system of claim 30, wherein the mechanism for consuming hydrogen is selected from the group consisting of fuel cells, combustion engines, gas turbines, and combinations thereof. (a) 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 알루미늄 양이온으로 이루어진 군 중에서 선택되는 양이온으로 형성된 적어도 1종의 수소화붕소염을 포함하는 연료 혼합물과,(a) a fuel mixture comprising at least one borohydride salt formed of a cation selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals and aluminum cations; (b) 다면체 수소화붕소의 히드로늄염 및 암모늄염으로 이루어진 군 중에서 선택되는 산성 다면체 수소화붕소염을 포함하는 촉진제를 포함하고, 상기 수소화붕소 및 촉진제는 붕소 비율에 대한 양이온 전하 (+IC)가 0.2 내지 0.4 또는 0.6 내지 0.99의 범위이며,(b) a promoter comprising an acidic polyhedral borohydride salt selected from the group consisting of hydronium salts and ammonium salts of polyhedron boron hydride, wherein the boron hydride and promoter have a cationic charge ( + IC) relative to boron ratio of 0.2 to 0.4 Or 0.6 to 0.99, (c) 상기 연료 혼합물과 물을 촉진제와 접촉시켜 수소를 발생시키는 수단을 포함하는 수소 발생 시스템. (c) means for contacting said fuel mixture and water with a promoter to generate hydrogen. 제32항에 있어서, 상기 수소화붕소류의 혼합물 및 촉진제는 붕소에 대한 양 이온 전하 (+IC)의 비율이 0.2 내지 0.3 또는 0.7 내지 0.8의 범위인 것인 수소 발생 시스템.33. The hydrogen generation system of claim 32, wherein the mixture and promoter of boron hydrides has a ratio of positive ion charge ( + IC) to boron in the range of 0.2 to 0.3 or 0.7 to 0.8. 제35항에 있어서, 상기 수소화붕소류는 보로하이드라이드염(MBH4), 트리보로하이드라이드염(MB3H8), 데카하이드로데카보레이트염(M2B10H10) 트리데카하이드로데카보레이트염(MB10H13), 도데카하이드로도데카보레이트염(M2B12H12), 옥타데카하이드로이코사보레이트염(M2B20H8) 및 데카보레인 (14)(B10H14) [이상에서, M은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 알루미늄으로 이루어진 군 중에서 선택된다]으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 수소 발생 시스템.36. The method of claim 35, wherein the borohydride is a borohydride salt (MBH 4 ), triborohydride salt (MB 3 H 8 ), decahydrodecaborate salt (M 2 B 10 H 10 ) trideca hydrodeca Borate salt (MB 10 H 13 ), Dodecahydrododecarborate salt (M 2 B 12 H 12 ), Octadecahydroicosaborate salt (M 2 B 20 H 8 ) and Decaborate (14) (B 10 H 14 ) A hydrogen generating system, wherein M is selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals and aluminum. 제32항에 있어서, 상기 촉진제는 H2B12H12인 것인 수소 발생 시스템.33. The hydrogen generation system of claim 32, wherein said promoter is H 2 B 12 H 12 . 제32항에 있어서, 상기 촉진제는 (NH4)2B10H10인 것인 수소 발생 시스템.33. The hydrogen generation system of claim 32, wherein said promoter is (NH 4 ) 2 B 10 H 10 . 제32항에 있어서, 상기 수소화붕소류의 혼합물은 나트륨, 리튬 및 칼륨으로 이루어진 군 중에서 선택되는 양이온으로 형성된 보로하이드라이드염을 함유하는 것인 수소 발생 시스템.33. The hydrogen generation system of claim 32, wherein said mixture of boron hydrides contains a borohydride salt formed of a cation selected from the group consisting of sodium, lithium and potassium. 제32항에 있어서, 적어도 일부의 물은 수소를 소비하는 기구의 반응 산물로부터 얻어지고, 상기 기구는 상기 시스템과 조작 가능하게 연결된 것인 수소 발생 시스템.33. The hydrogen generation system of claim 32, wherein at least some of the water is obtained from the reaction product of a mechanism that consumes hydrogen, the apparatus being operably connected with the system. 제38항에 있어서, 상기 수소를 소비하는 기구는 연료 전지, 연소 기관, 가스 터빈 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 수소 발생 시스템.39. The hydrogen generation system of claim 38, wherein the mechanism for consuming hydrogen is selected from the group consisting of fuel cells, combustion engines, gas turbines, and combinations thereof.
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