水素ガス発生部材及びその水素ガス製造方法
【課題】圧延処理もしくは粉末化処理を行ったＡｌ合金と水を接触させることにより、水素ガス発生反応を安全に促進させる水素ガス発生部材を提供する。
【解決手段】金属マトリックス中に、Ａｌを微細分散させた組織を有し、水を接触させて、水素ガスを生成する水素ガス発生部材２０であり、水素発生装置１０内には、水素ガス発生部材２０を装着するための固定部材１４があり、内部に貯められている水１５と水素ガス発生部材２０と接触させ、その表面から発生する水素ガスを水素ガス供給管１２を通して外部に供給して、図示しない貯蔵タンクへ貯蔵する。
【解決手段】金属マトリックス中に、Ａｌを微細分散させた組織を有し、水を接触させて、水素ガスを生成する水素ガス発生部材２０であり、水素発生装置１０内には、水素ガス発生部材２０を装着するための固定部材１４があり、内部に貯められている水１５と水素ガス発生部材２０と接触させ、その表面から発生する水素ガスを水素ガス供給管１２を通して外部に供給して、図示しない貯蔵タンクへ貯蔵する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌに代表される水酸化物形成金属と水との反応を利用し、内燃機関、燃料電池等の燃料や化学工業用原料として使用される水素ガスを製造する水素ガス発生部材及びその水素ガス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素ガスは、水の電気分解（Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋１／２Ｏ２）や炭化水素の水蒸気改質（ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ）等で従来から製造されているが、電気分解方法ではエネルギー効率が悪く、水蒸気改質では、大きな設備負担や副生物の処理等が問題である。そこで、金属と水との反応により水素を製造する方法が検討されている。
水素製造に使用される代表的な金属はＡｌおよびＡｌ合金である。たとえば、特許文献１、２及び特許文献４では、Ａｌを融点３０℃以下のＧａやＧａ−Ｉｎ合金融液に浸漬し、表面酸化膜を取り除き、活性面を表出させ、水との接触反応により（Ａｌ＋３Ｈ２Ｏ→Ａｌ(ＯＨ)３＋１．５Ｈ２）により水素ガスを発生・捕集している。また、水に浸漬したＡｌ合金を切削加工して新鮮な活性面を露出させる方法（特許文献３）、摩擦及び摩擦に伴う力学的破壊（特許文献５）、急熱、急冷による熱衝撃（特許文献６）等も知られている。
【０００３】
水素ガスの発生をＡｌ合金の活性面と水との反応に依る場合、活性面の多寡に水素ガスの発生量が影響され、Ａｌ合金のバルクは水素ガス発生反応に寄与しないともいえる。活性面よりもバルクが圧倒的に多いため、Ａｌ合金の消費量に比較して水素ガスの発生量が大幅に少なく、Ａｌ＋３Ｈ２Ｏ→Ａｌ(ＯＨ)３＋１．５Ｈ２の反応式から算出される理論値１．３リットル/ｇ・Ａｌの数％に留まることもある。
また、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ等の低融点金属と合金化したＡｌを水と接触反応させて水素ガスを発生することも報告されている（非特許文献１）。Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ等のドーパントと合金化したＡｌは、水と接触させるだけで水素ガス発生反応を生起させる点で、Ａｌ合金表面の切削、摩擦等で新生した活性面と水との反応に依る方法に比較して有利である。しかし、合金化したＡｌ合金は、Ｇａ、In等の高価な金属が含まれ、コスト的に不向きである。
また、ボールミルを利用したメカニカルアロイング法により、Ａｌに０〜３０重量％のＢｉを添加して作製する合金粉末と水の接触により、水素ガス発生反応が誘起されることが報告されている（非特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４３５８２９１号
【特許文献２】米国特許第４７４５２０４号
【特許文献３】特開２００１−３１４０１号公報
【特許文献４】特開２００３−１２３０１号公報
【特許文献５】特開２００４−１２３５１７号公報
【特許文献６】特開２００６−４５００４号公報
【非特許文献１】O．V Kravchenko et al．,Journal of Alloys and Compounds ３９７(２００５)．pp．５８-６２
【非特許文献２】M-Q．Fan et al．, InternationalJournal of Hydrogen Energy, Corrected Proof, Available online 12 February 2007
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この際、水温によって、水素ガス発生量が変化することは特許文献6や非特許文献１で示されているが、常温の水温（５〜４０℃）で安定な水素発生量が得られることが望ましいことは経済的に考えて言うまでもない。
【０００６】
本発明者は、ドーパントの合金化がもたらす影響を種々調査・検討した。その結果、意外にも合金化したＡｌ合金を圧延処理もしくは粉末化処理を行うことによって、高価なＧａを用いることなく、水素ガス発生反応を安全にかつ効率よく進行することを見出した。
そこで、本発明は、かかる知見を基礎とし、圧延処理もしくは粉末化処理を行って、水を接触させることにより、水素ガス発生反応を安全に促進させる水素ガス発生部材を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、水素ガス発生部材を用いて水を接触させることにより、水素ガス発生反応をおこなう水素ガス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、金属マトリックス中に、Ａｌを微細分散させた組織を有し、水を接触させて、水素ガスを生成する水素ガス発生部材であることを特徴とする。
また、本発明の前記水素ガス発生部材は、液相状態で互いに組成の異なる液相の２相分離し、固相状態で２相に分離していることを特徴とする。
また、本発明の前記水素ガス発生部材は、Ａｌ−Ｘ合金で、Ｘが、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎのうちから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする。
また、本発明の水素ガス発生部材は、Ａｌ−Ｘ合金で、Ｘが、Ｓｎ:１０．１〜９９．５％（質量％：以下同じ）、Ｂｉ：３０．１〜９９．５％、Ｉｎ：１０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｂｉ：２０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｉｎ：１０〜９９．５％、Ｂｉ＋Ｉｎ：２０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｉｎ：２０〜９９．５％のうちから選ばれたものであることを特徴とする。
また、本発明の水素ガス発生部材は、前記Ａｌ−Ｘ合金は、さらに、Ｙを含有し、そのＹとして、Ｐｂ：０．０１〜２０％、Ｚｎ：０．０１〜３０％、Ｓｉ：０．０１〜２０％、Ｃｄ:０．０１〜２０％、Ｃｕ:０．０１〜２０％、Ｆｅ:０．０１〜５％、Ｇａ:０．０１〜３０％、Ｇｅ:０．０１〜３０％、Ｈｇ:０．０１〜２０％、Ｍｇ:０．０１〜２０％、Ｎｉ:０．０１〜５％、Ｓ:
０．０１〜５％、Ｍｎ：０．０１〜５％のうちから選ばれた少なくとも１種であり、複数の元素を含有する場合でも６０％を越えない範囲であって、ＸとＹが、２Ｘ＞Ｙの関係にあることを特徴とする。
また、本発明の水素ガス発生部材は、圧延加工されていることを特徴とする。
また、本発明の水素ガス発生部材は、粉末化されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の水素ガス製造方法は、上述のいずれかに記載の水素ガス発生部材であって、該水素ガス発生部材に水を接触させて、水素ガスを生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上の課題を解決する手段によって、本発明の水素ガス発生部材によって、安価な構成材料で、しかも、水を接触させることにより、水素ガス発生反応を安全に発生させることができる。
また、本発明の水素ガス製造方法は、簡単な構造であって、水素ガス発生反応を安全に発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、この特許請求の範囲を限定するものではない。
本発明の水素ガス発生部材は、金属マトリックス中に、Ａｌを微細分散させた組織を有する水素ガス発生部材であって、該水素ガス発生部材に水を接触させて、水素ガスを生成することを特徴とする。
清浄な表面が露出しているＡｌでは、Ａｌと水とが反応してＡｌ（ＯＨ）３になるなかで、水素を発生させることが知られている。また、この作用は、太陽光等の波長の短い高エネルギーの光を受けると、同様に、水を分解して水素を発生させることが知られている。本発明の水素ガス発生部材は、金属マトリックス中に微細分散したＡｌと水が反応してＡｌ（ＯＨ）３になる中で、水素を発生し、Ａｌが消失した所に、さらに水が浸入し、金属マトリックス内部のＡｌと水が反応するという、連続的な水素発生メカニズムで水素を発生させる。このなかで、Ａｌは、金属マトリックス中に分散させることで、Ａｌ表面が酸素で酸化されても、その水素発生能力が大きく低下することがない。
金属マトリックス中にＡｌを微細な粒径にして分散させている。このＡｌの微細な組織（以下、単にＡｌ結晶粒と記す。）は、金属マトリックス中に、金属マトリックスの結晶粒とＡｌ結晶粒とが２相に分離している。また、Ａｌ結晶粒の個数平均ドメイン径が０．０１〜５００μｍの範囲にある。Ａｌ結晶粒の金属マトリックス中での存在状態によって水素の発生効率が影響される。Ａｌ結晶粒の個数平均ドメイン径が０．０１μｍ未満では、水素の発生効率が低く工業上実用的ではないし、５００μｍを越えると、酸化が激しくなり、水素を発生させる能力が低下してくる。
【００１１】
また、本発明の水素ガス発生部材は、不可避的な不純物を含むＡｌと金属Ｘとで形成される。金属Ｘとしては、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎのうちから選ばれた少なくとも１種である。また、本発明の水素ガス発生部材は、液相状態で互いに組成の異なるＡｌと他の１つの液相に分離して液相２相分離を示す温度域を有する組成を示している。これによって、本発明の水素ガス発生部材では、金属マトリックスとして金属ＸとＡｌの２相に分離している金属組織を有する。
さらに、Ｘの含有量は、水素ガス発生部材に対してＸが、Ｓｎ:１０．１〜９９．５％、Ｂｉ：３０．１〜９９．５％、Ｉｎ：１０．１〜９９．５％の範囲にある。含有量がＳｎ:１０．１％、Ｂｉ：３０．１％、Ｉｎ：１０．１％未満では、Ａｌが多くなりＡｌ分散領域が著しく減少するというデメリットがあり、９９．５％を越えるとＡｌが少なくなり、水素ガスの発生が少なくなる等のデメリットがある。特に、Ｘが、Ｓｎ:２０〜９５％、Ｂｉ：３５〜９０％、Ｉｎ：２５〜９５％の範囲が好ましい。水素ガス発生が効率的に生じるメリットがある。
さらに、金属Ｘとして、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎのうちから選ばれた２種または３種の合計が、Ｓｎ＋Ｂｉ：２０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｉｎ：１０〜９９．５％、Ｂｉ＋Ｉｎ：２０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｉｎ：２０〜９９．５％の範囲にあってもよい。２種以上の金属を含有させることにより、液相状態で互いに組成の異なる金属ＸとＡｌの２相に分離が促進され、合金作製が容易となる。含有量がＳｎ＋Ｂｉ、Ｂｉ＋Ｉｎが２０．１未満、Ｓｎ＋Ｉｎが１０未満、Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｉｎが２０％未満では、Ａｌが多くなりＡｌ分散領域が著しく減少するデメリットがあり、また、９９．５％を越えるとＡｌが少なくなり、水素ガスの発生が少なくなる等のデメリットがある。特にＳｎ＋Ｂｉ：２５〜９５％、Ｓｎ＋Ｉｎ：２５〜９５％、Ｂｉ＋Ｉｎ：２５〜９５％、Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｉｎ：２５〜９５％の範囲が好ましく、水素ガス発生が効率的に生じるメリットがある。
【００１２】
また、本発明の水素ガス発生部材は、Ａｌ−Ｘ合金に、Ｙを含有させる。Ｙとしては、Ｐｂ：０．０１〜２０％、Ｚｎ：０．０１〜３０％、Ｓｉ：０．０１〜２０％、Ｃｄ:０．０１〜２０％、Ｃｕ:０．０１〜２０％、Ｆｅ:０．０１〜５％、Ｇａ:０．０１〜３０％、Ｇｅ:０．０１〜３０％、Ｈｇ:０．０１〜２０％、Ｍｇ:０．０１〜２０％、Ｎｉ:０．０１〜５％、Ｓ:０．０１〜５％、Ｍｎ：０．０１〜５％のうちから選ばれた少なくとも１種である。
Ｙは、Ａｌに含有させることで、液相２相分離系を形成する傾向が大きい元素で、とくに、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎを含有する液相２相分離系Ａｌ合金を、より安定な液相2相分離系とし、合金の溶解が容易となる。
Ｙを含有することで、２液相分離が安定となり、合金作製の溶解温度を低下し、Ａｌ結晶粒を金属マトリックス中に微細に分散させることが容易となる。
さらに、Ｙの含有量は、複数の元素を添加する場合でも、合計しても、６０％を越えない範囲にある。Ｙの含有量が０．０１％未満では、２液相分離が不安定であるデメリットがあり、６０％を越えるとＡｌが少なくなり、水素ガスの発生が少なくなる等のデメリットがある。特に、０．１〜３０％の範囲が好ましく、合金作製が容易となるメリットがある。さらに、Ｙとしては、特に、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｇａが好ましい。ＭｎやＺｎおよびＭｇは量産されているアルミ缶の添加元素であり、アルミ缶を溶かしても、水素が発生しうる。また、Ｇａの添加により、２液相分離温度が急激に低下するため、合金の溶解が容易となり、水素ガス発生量も大きくなる。
また、ＸとＹが、２Ｘ＞Ｙの関係にある。またＸとＹとの合計が、１０．１〜９９．５％の範囲で、合金作製すると、Ａｌの微細結晶粒がＸ−Ｙマトリックス中に分散するという作用がある。さらに、Ｘ、Ｙ、及び不可避不純物に加え残りをＡｌとし、合計質量％は１００％になる。
【００１３】
また、本発明の水素ガス発生部材は、圧延加工されている。圧延装置は、２段圧延、ゼンジマー圧延、プラネタリ圧延、ユニバーサル圧延のいずれであっても良い。圧延率は、３０〜９９．９９％の範囲が好ましい。
この圧延工程を経ることで、金属マトリックス中の元来微細な純度の非常に高いＡｌ結晶粒をファイバー状に伸ばし、さらに、結晶粒に多数の微細な亀裂を形成することで、水と接触する面積を増加、水との反応性を高めることができる。また、ファイバー状のＡｌ粒が水と反応することにより、板材の内部まで空隙が生じ、その中に水がさらに浸入することにより、金属マトリックス中のＡｌ全体が水と反応することにより、水素の発生効率を大きくすることができる。
また、本発明の水素ガス発生部材は、粉末化されている。粉末化は、ボールミル、アトライタ等の機械的粉砕法でも、アトマイザー等のように溶融状態から粉末にするのでも良い。水素ガス発生部材を小粒径化し、さらに、その表面にＡｌ結晶粒を存在させることで、水との接触表面積を増加させ、水素の発生効率を大きくすることができる。このときに、水素ガス発生部材の重量平均粒径は、５〜４００μｍの範囲にする。重量平均粒径が５μｍ未満では、Ａｌの表面酸化膜が多くなり、水素発生を阻害する等のデメリットがあり、４００μｍを越えるとＡｌの分散粒径が大きくなる等のデメリットがある。特に、２０〜１００μｍの範囲が好ましい。Ａｌの分散粒径と水素発生効率のバランスが良い等のメリットがある。
【００１４】
また、本発明の水素ガス製造方法について説明する。図１は、水素ガスを発生させる水素ガス発生装置の構成を示す概略図である。
図１に示すように、水素発生装置１０には水を供給する水供給管１３と発生した水素ガスを貯蔵するために外部に取り出す水素ガス採集管１２とが設けられている。さらに、水素発生装置１０内には、水素ガス発生部材２０を装着するための固定部材１４があり、内部に貯められている水１５に接触させている。水供給管１３から水素発生装置１０内に水を供給して、水素ガス発生部材２０と接触させ、その表面から発生する水素ガスを水素ガス採集管１２を通して外部に供給して、図示しない貯蔵タンクへ貯蔵する。図１に示すように、固定部材１４は水素ガス発生部材２０を固定するだけではなく、上下に移動できるようにすることで、水素ガス発生部材２０と水との接触面積を調整する事によって水素発生量を制御することができる。また、固定部材１４を複数設けても良いが、ここでは省略する。この水素ガス発生部材２０を備える水素発生装置１０によって、水素ガスを容易に製造することができる。
【００１５】
次に、本発明の水素ガス発生部材を、さらに、具体的に説明する。
（実施例１）
水素ガス発生部材のＡｌ−Ｘ−Ｙ合金を圧延処理までの過程を説明する。
まず、Ａｌとドーパント金属ＸとしてＳｎを同一坩堝中で高周波溶解炉にて溶解し、鋳型に鋳込むことにより合金化処理を施す。溶解方法は、電気炉による加熱等の公知の技術のいずれを用いてもよい。
鋳込んだＡｌ合金を圧延により圧延処理を施す。潤滑材には灯油等の公知のものを用いることができる。また、熱間圧延もしくは冷間圧延いずれの技術を用いることも可能であるが、コストを考えると、冷間圧延による圧延処理が好ましい。
図２は、ＡｌとＳｎとを含む水素ガス発生部材の断面を示すＳＥＭ写真である。ＡｌとＳｎとを高周波溶解後に直径２０ｍｍの円柱鋳型に鋳込んだ。ＳＥＭ写真では、白素地のマトリックスがＳｎで、黒い点がＡｌである。全体の組成分析をＥＰＭＡにより行った結果、Ａｌ３０％、Ｓｎ７０％であった。この試験片を切り出し、冷間圧延機で圧延を行った。圧延は容易に行うことができ、圧延率９９．９９％の水素ガス発生部材を得ることができた。
得られた試料の圧延面をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）にて分析した。その結果、圧延した試料の極最表面には、Ａｌの酸化物とＳｎの酸化物が共存していることが分かった。
薄膜の水素ガス発生部材０．０５１５ｇを１５℃の水に浸漬した。浸漬後６０秒ほどすると、激しく水素を発生した。
試験片の膨張に伴い、試験片内部からも水素の発生が進行している様子が観察された。最終的に水素発生が終了したときには、試験片の圧延時の形状をとどめていなかった。この時の水素発生量は、約６ｍＬであり、理論的な水素発生量からすると約９０％の効率であった。
この時の組成と水素ガスの発生の状況を表１に示す。水素ガス発生の評価は、目視で、激しく発生している場合は◎、実用上問題ない状態で十分発生している場合は○、発生していない又は発生していても実用上不十分な場合は×とした。
（実施例２ないし１９）
実施例１と同様にして、Ｘ、Ｙのドーパント金属の種類と量とを変えて、実施例２ないし１９のＡｌ−Ｘ−Ｙ合金を圧延処理した。その時の組成と水素ガスの発生の状況を表１に併せて示す。
【００１６】
（比較例１）
純Ａｌを高周波溶解後に直径２０ｍｍの円柱鋳型に鋳込んだ。この試験片を切り出し、冷間圧延機で圧延を行った。圧延率が９９.９９％の試験片を準備した。この試験片をＸＰＳにて分析した。その結果、試料の極最表面には、Ａｌの酸化物が確認された。また、同じ試験片を常温の水と接触させた。板材からは何も発生することがなかった。この結果を表１に示す。
（比較例２ないし３４）
実施例１と同様にして、Ｘ、Ｙのドーパント金属の種類と量とを変えて、Ｓｎ、Ｂｉ，Ｉｎを添加した比較例２ないし４、及びＦｅ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｈｇ、ＰｂおよびＳｉを添加した合金、比較例５ないし１１を圧延処理した。その時の組成と水素ガスの発生の状況を表１に併せて示す。Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎの板材および他の合金からは何も発生することがなかった。この結果を表１に示す。
【００１７】
実施例１および比較例１のＸＰＳの結果より、水素発生の初期段階として、添加元素の酸化物が試料極最表面にあることが重要であることが分かった。Ａｌの酸化物と添加元素の酸化物の界面に水が浸入し、内部にある純Ａｌとの反応によって水素が発生する。
【００１８】
このときに、Ａｌに対する合金化の添加元素と圧延率、水素発生を調べた。その結果を、実施例１ないし３４、比較例１ないし１１と含めて下記表１に示す。
【表１】
表１から明らかなように、Ａｌに対する添加元素として、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎの添加で水素ガスを発生させることができることがわかった。更に、圧延率が高いほど、水素の発生効率が高かった。
【００１９】
（実施例３５）
本発明の水素ガス発生部材のＡｌ−Ｘ−Ｙ合金の粉末処理までの過程を説明する。
まず、Ａｌ−Ｘ−Ｙ合金を同一坩堝中で高周波溶解炉にて溶解し、ガスアトマイズ法等の粉末作製技術により粉末を作製する。溶解方法は、電気炉による加熱等の公知の技術のいずれを用いてもよい。
Ａｌ−Ｘ−Ｙ合金を高周波溶解後にガスアトマイズ法により粉末を作製した。表２に作製した粉末の組成を示す。
図３は、ＡｌとＳｎ、Ｉｎを含む水素ガス発生部材の断面を示すＳＥＭ写真である。白素地のマトリックスがＳｎ−Ｉｎ、黒い点がＡｌであり、全体の組成分析をＥＰＭＡにより行った結果、Ａｌ６０％、Ｓｎ−Ｉｎ合金４０％であった。
この粉末を５ｇ取り出し、ステンレスメッシュに収納して６０℃の温水と接触させた。浸漬後すぐに、激しく水素を発生しながら、水が変色していった。その時の、試験粉末の断面組織のＳＥＭ写真を図４に示す。表面から亀裂が入り、Ａｌの内部に進展している。この際、Ａｌの活性面が表出し、水との水酸化物形成の水和反応により水素が発生したと考えられる。その時の組成と水素ガスの発生の状況を表２に示す。
（実施例３６ないし５３）
実施例３５と同様にして、Ｘ、Ｙのドーパント金属の種類と量とを変えて、実施例３６ないし５３のＡｌ−Ｘ−Ｙ合金を粉末化処理した。その時の組成と水素ガスの発生の状況を表２に併せて示す。
【００２０】
（比較例１２ないし１８）
実施例３５と同様にして、Ｘ、Ｙのドーパント金属の種類と量とを変えて、比較例１２ないし１８のＡｌ−Ｘ−Ｙ合金を粉末化処理した。その時の組成と水素ガスの発生の状況を表２に併せて示す。この粉末を５ｇ取り出し、温水と接触させた。浸漬後変化が生じず、水素発生は見られなかった。
【００２１】
このときに、Ａｌに対する合金化の添加元素と粒径、水素発生を調べた。その結果を、実施例３５ないし５３、比較例１２ないし１８と含めて下記表２に示す。
【表２】
表２から明らかなように、Ａｌに対する添加元素として、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉが良かった。更に、粒径が細かいほど、水素の発生効率が高かった。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明によって得られる、水素ガス発生部材及び水素ガス製造方法を用いて、携帯用電池や緊急用発電機を始めとする多くの用途が考えられる。また、水の仕組みを理解する理科教材としても、安全な材料である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】水素ガスを発生させる水素ガス発生装置の構成を示す概略図である。
【図２】ＡｌとＳｎとを含む水素ガス発生部材の断面を示すＳＥＭ写真である。
【図３】ＡｌとＳｎ、Ｉｎを含む水素ガス発生部材の断面を示すＳＥＭ写真である。
【図４】ＡｌとＳｎ、Ｉｎを含む水素ガス発生部材の水素が発生した時の断面組織のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００２４】
１０ 水素ガス発生装置
１１ 装置容器
１２ 水素ガス採集管
１３ 水供給管
１４ 固定部材
１５ 水
１６ 水排水管
２０ 水素ガス発生部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌに代表される水酸化物形成金属と水との反応を利用し、内燃機関、燃料電池等の燃料や化学工業用原料として使用される水素ガスを製造する水素ガス発生部材及びその水素ガス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素ガスは、水の電気分解（Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋１／２Ｏ２）や炭化水素の水蒸気改質（ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ）等で従来から製造されているが、電気分解方法ではエネルギー効率が悪く、水蒸気改質では、大きな設備負担や副生物の処理等が問題である。そこで、金属と水との反応により水素を製造する方法が検討されている。
水素製造に使用される代表的な金属はＡｌおよびＡｌ合金である。たとえば、特許文献１、２及び特許文献４では、Ａｌを融点３０℃以下のＧａやＧａ−Ｉｎ合金融液に浸漬し、表面酸化膜を取り除き、活性面を表出させ、水との接触反応により（Ａｌ＋３Ｈ２Ｏ→Ａｌ(ＯＨ)３＋１．５Ｈ２）により水素ガスを発生・捕集している。また、水に浸漬したＡｌ合金を切削加工して新鮮な活性面を露出させる方法（特許文献３）、摩擦及び摩擦に伴う力学的破壊（特許文献５）、急熱、急冷による熱衝撃（特許文献６）等も知られている。
【０００３】
水素ガスの発生をＡｌ合金の活性面と水との反応に依る場合、活性面の多寡に水素ガスの発生量が影響され、Ａｌ合金のバルクは水素ガス発生反応に寄与しないともいえる。活性面よりもバルクが圧倒的に多いため、Ａｌ合金の消費量に比較して水素ガスの発生量が大幅に少なく、Ａｌ＋３Ｈ２Ｏ→Ａｌ(ＯＨ)３＋１．５Ｈ２の反応式から算出される理論値１．３リットル/ｇ・Ａｌの数％に留まることもある。
また、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ等の低融点金属と合金化したＡｌを水と接触反応させて水素ガスを発生することも報告されている（非特許文献１）。Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ等のドーパントと合金化したＡｌは、水と接触させるだけで水素ガス発生反応を生起させる点で、Ａｌ合金表面の切削、摩擦等で新生した活性面と水との反応に依る方法に比較して有利である。しかし、合金化したＡｌ合金は、Ｇａ、In等の高価な金属が含まれ、コスト的に不向きである。
また、ボールミルを利用したメカニカルアロイング法により、Ａｌに０〜３０重量％のＢｉを添加して作製する合金粉末と水の接触により、水素ガス発生反応が誘起されることが報告されている（非特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４３５８２９１号
【特許文献２】米国特許第４７４５２０４号
【特許文献３】特開２００１−３１４０１号公報
【特許文献４】特開２００３−１２３０１号公報
【特許文献５】特開２００４−１２３５１７号公報
【特許文献６】特開２００６−４５００４号公報
【非特許文献１】O．V Kravchenko et al．,Journal of Alloys and Compounds ３９７(２００５)．pp．５８-６２
【非特許文献２】M-Q．Fan et al．, InternationalJournal of Hydrogen Energy, Corrected Proof, Available online 12 February 2007
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この際、水温によって、水素ガス発生量が変化することは特許文献6や非特許文献１で示されているが、常温の水温（５〜４０℃）で安定な水素発生量が得られることが望ましいことは経済的に考えて言うまでもない。
【０００６】
本発明者は、ドーパントの合金化がもたらす影響を種々調査・検討した。その結果、意外にも合金化したＡｌ合金を圧延処理もしくは粉末化処理を行うことによって、高価なＧａを用いることなく、水素ガス発生反応を安全にかつ効率よく進行することを見出した。
そこで、本発明は、かかる知見を基礎とし、圧延処理もしくは粉末化処理を行って、水を接触させることにより、水素ガス発生反応を安全に促進させる水素ガス発生部材を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、水素ガス発生部材を用いて水を接触させることにより、水素ガス発生反応をおこなう水素ガス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、金属マトリックス中に、Ａｌを微細分散させた組織を有し、水を接触させて、水素ガスを生成する水素ガス発生部材であることを特徴とする。
また、本発明の前記水素ガス発生部材は、液相状態で互いに組成の異なる液相の２相分離し、固相状態で２相に分離していることを特徴とする。
また、本発明の前記水素ガス発生部材は、Ａｌ−Ｘ合金で、Ｘが、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎのうちから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする。
また、本発明の水素ガス発生部材は、Ａｌ−Ｘ合金で、Ｘが、Ｓｎ:１０．１〜９９．５％（質量％：以下同じ）、Ｂｉ：３０．１〜９９．５％、Ｉｎ：１０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｂｉ：２０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｉｎ：１０〜９９．５％、Ｂｉ＋Ｉｎ：２０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｉｎ：２０〜９９．５％のうちから選ばれたものであることを特徴とする。
また、本発明の水素ガス発生部材は、前記Ａｌ−Ｘ合金は、さらに、Ｙを含有し、そのＹとして、Ｐｂ：０．０１〜２０％、Ｚｎ：０．０１〜３０％、Ｓｉ：０．０１〜２０％、Ｃｄ:０．０１〜２０％、Ｃｕ:０．０１〜２０％、Ｆｅ:０．０１〜５％、Ｇａ:０．０１〜３０％、Ｇｅ:０．０１〜３０％、Ｈｇ:０．０１〜２０％、Ｍｇ:０．０１〜２０％、Ｎｉ:０．０１〜５％、Ｓ:
０．０１〜５％、Ｍｎ：０．０１〜５％のうちから選ばれた少なくとも１種であり、複数の元素を含有する場合でも６０％を越えない範囲であって、ＸとＹが、２Ｘ＞Ｙの関係にあることを特徴とする。
また、本発明の水素ガス発生部材は、圧延加工されていることを特徴とする。
また、本発明の水素ガス発生部材は、粉末化されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の水素ガス製造方法は、上述のいずれかに記載の水素ガス発生部材であって、該水素ガス発生部材に水を接触させて、水素ガスを生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上の課題を解決する手段によって、本発明の水素ガス発生部材によって、安価な構成材料で、しかも、水を接触させることにより、水素ガス発生反応を安全に発生させることができる。
また、本発明の水素ガス製造方法は、簡単な構造であって、水素ガス発生反応を安全に発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、この特許請求の範囲を限定するものではない。
本発明の水素ガス発生部材は、金属マトリックス中に、Ａｌを微細分散させた組織を有する水素ガス発生部材であって、該水素ガス発生部材に水を接触させて、水素ガスを生成することを特徴とする。
清浄な表面が露出しているＡｌでは、Ａｌと水とが反応してＡｌ（ＯＨ）３になるなかで、水素を発生させることが知られている。また、この作用は、太陽光等の波長の短い高エネルギーの光を受けると、同様に、水を分解して水素を発生させることが知られている。本発明の水素ガス発生部材は、金属マトリックス中に微細分散したＡｌと水が反応してＡｌ（ＯＨ）３になる中で、水素を発生し、Ａｌが消失した所に、さらに水が浸入し、金属マトリックス内部のＡｌと水が反応するという、連続的な水素発生メカニズムで水素を発生させる。このなかで、Ａｌは、金属マトリックス中に分散させることで、Ａｌ表面が酸素で酸化されても、その水素発生能力が大きく低下することがない。
金属マトリックス中にＡｌを微細な粒径にして分散させている。このＡｌの微細な組織（以下、単にＡｌ結晶粒と記す。）は、金属マトリックス中に、金属マトリックスの結晶粒とＡｌ結晶粒とが２相に分離している。また、Ａｌ結晶粒の個数平均ドメイン径が０．０１〜５００μｍの範囲にある。Ａｌ結晶粒の金属マトリックス中での存在状態によって水素の発生効率が影響される。Ａｌ結晶粒の個数平均ドメイン径が０．０１μｍ未満では、水素の発生効率が低く工業上実用的ではないし、５００μｍを越えると、酸化が激しくなり、水素を発生させる能力が低下してくる。
【００１１】
また、本発明の水素ガス発生部材は、不可避的な不純物を含むＡｌと金属Ｘとで形成される。金属Ｘとしては、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎのうちから選ばれた少なくとも１種である。また、本発明の水素ガス発生部材は、液相状態で互いに組成の異なるＡｌと他の１つの液相に分離して液相２相分離を示す温度域を有する組成を示している。これによって、本発明の水素ガス発生部材では、金属マトリックスとして金属ＸとＡｌの２相に分離している金属組織を有する。
さらに、Ｘの含有量は、水素ガス発生部材に対してＸが、Ｓｎ:１０．１〜９９．５％、Ｂｉ：３０．１〜９９．５％、Ｉｎ：１０．１〜９９．５％の範囲にある。含有量がＳｎ:１０．１％、Ｂｉ：３０．１％、Ｉｎ：１０．１％未満では、Ａｌが多くなりＡｌ分散領域が著しく減少するというデメリットがあり、９９．５％を越えるとＡｌが少なくなり、水素ガスの発生が少なくなる等のデメリットがある。特に、Ｘが、Ｓｎ:２０〜９５％、Ｂｉ：３５〜９０％、Ｉｎ：２５〜９５％の範囲が好ましい。水素ガス発生が効率的に生じるメリットがある。
さらに、金属Ｘとして、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎのうちから選ばれた２種または３種の合計が、Ｓｎ＋Ｂｉ：２０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｉｎ：１０〜９９．５％、Ｂｉ＋Ｉｎ：２０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｉｎ：２０〜９９．５％の範囲にあってもよい。２種以上の金属を含有させることにより、液相状態で互いに組成の異なる金属ＸとＡｌの２相に分離が促進され、合金作製が容易となる。含有量がＳｎ＋Ｂｉ、Ｂｉ＋Ｉｎが２０．１未満、Ｓｎ＋Ｉｎが１０未満、Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｉｎが２０％未満では、Ａｌが多くなりＡｌ分散領域が著しく減少するデメリットがあり、また、９９．５％を越えるとＡｌが少なくなり、水素ガスの発生が少なくなる等のデメリットがある。特にＳｎ＋Ｂｉ：２５〜９５％、Ｓｎ＋Ｉｎ：２５〜９５％、Ｂｉ＋Ｉｎ：２５〜９５％、Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｉｎ：２５〜９５％の範囲が好ましく、水素ガス発生が効率的に生じるメリットがある。
【００１２】
また、本発明の水素ガス発生部材は、Ａｌ−Ｘ合金に、Ｙを含有させる。Ｙとしては、Ｐｂ：０．０１〜２０％、Ｚｎ：０．０１〜３０％、Ｓｉ：０．０１〜２０％、Ｃｄ:０．０１〜２０％、Ｃｕ:０．０１〜２０％、Ｆｅ:０．０１〜５％、Ｇａ:０．０１〜３０％、Ｇｅ:０．０１〜３０％、Ｈｇ:０．０１〜２０％、Ｍｇ:０．０１〜２０％、Ｎｉ:０．０１〜５％、Ｓ:０．０１〜５％、Ｍｎ：０．０１〜５％のうちから選ばれた少なくとも１種である。
Ｙは、Ａｌに含有させることで、液相２相分離系を形成する傾向が大きい元素で、とくに、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎを含有する液相２相分離系Ａｌ合金を、より安定な液相2相分離系とし、合金の溶解が容易となる。
Ｙを含有することで、２液相分離が安定となり、合金作製の溶解温度を低下し、Ａｌ結晶粒を金属マトリックス中に微細に分散させることが容易となる。
さらに、Ｙの含有量は、複数の元素を添加する場合でも、合計しても、６０％を越えない範囲にある。Ｙの含有量が０．０１％未満では、２液相分離が不安定であるデメリットがあり、６０％を越えるとＡｌが少なくなり、水素ガスの発生が少なくなる等のデメリットがある。特に、０．１〜３０％の範囲が好ましく、合金作製が容易となるメリットがある。さらに、Ｙとしては、特に、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｇａが好ましい。ＭｎやＺｎおよびＭｇは量産されているアルミ缶の添加元素であり、アルミ缶を溶かしても、水素が発生しうる。また、Ｇａの添加により、２液相分離温度が急激に低下するため、合金の溶解が容易となり、水素ガス発生量も大きくなる。
また、ＸとＹが、２Ｘ＞Ｙの関係にある。またＸとＹとの合計が、１０．１〜９９．５％の範囲で、合金作製すると、Ａｌの微細結晶粒がＸ−Ｙマトリックス中に分散するという作用がある。さらに、Ｘ、Ｙ、及び不可避不純物に加え残りをＡｌとし、合計質量％は１００％になる。
【００１３】
また、本発明の水素ガス発生部材は、圧延加工されている。圧延装置は、２段圧延、ゼンジマー圧延、プラネタリ圧延、ユニバーサル圧延のいずれであっても良い。圧延率は、３０〜９９．９９％の範囲が好ましい。
この圧延工程を経ることで、金属マトリックス中の元来微細な純度の非常に高いＡｌ結晶粒をファイバー状に伸ばし、さらに、結晶粒に多数の微細な亀裂を形成することで、水と接触する面積を増加、水との反応性を高めることができる。また、ファイバー状のＡｌ粒が水と反応することにより、板材の内部まで空隙が生じ、その中に水がさらに浸入することにより、金属マトリックス中のＡｌ全体が水と反応することにより、水素の発生効率を大きくすることができる。
また、本発明の水素ガス発生部材は、粉末化されている。粉末化は、ボールミル、アトライタ等の機械的粉砕法でも、アトマイザー等のように溶融状態から粉末にするのでも良い。水素ガス発生部材を小粒径化し、さらに、その表面にＡｌ結晶粒を存在させることで、水との接触表面積を増加させ、水素の発生効率を大きくすることができる。このときに、水素ガス発生部材の重量平均粒径は、５〜４００μｍの範囲にする。重量平均粒径が５μｍ未満では、Ａｌの表面酸化膜が多くなり、水素発生を阻害する等のデメリットがあり、４００μｍを越えるとＡｌの分散粒径が大きくなる等のデメリットがある。特に、２０〜１００μｍの範囲が好ましい。Ａｌの分散粒径と水素発生効率のバランスが良い等のメリットがある。
【００１４】
また、本発明の水素ガス製造方法について説明する。図１は、水素ガスを発生させる水素ガス発生装置の構成を示す概略図である。
図１に示すように、水素発生装置１０には水を供給する水供給管１３と発生した水素ガスを貯蔵するために外部に取り出す水素ガス採集管１２とが設けられている。さらに、水素発生装置１０内には、水素ガス発生部材２０を装着するための固定部材１４があり、内部に貯められている水１５に接触させている。水供給管１３から水素発生装置１０内に水を供給して、水素ガス発生部材２０と接触させ、その表面から発生する水素ガスを水素ガス採集管１２を通して外部に供給して、図示しない貯蔵タンクへ貯蔵する。図１に示すように、固定部材１４は水素ガス発生部材２０を固定するだけではなく、上下に移動できるようにすることで、水素ガス発生部材２０と水との接触面積を調整する事によって水素発生量を制御することができる。また、固定部材１４を複数設けても良いが、ここでは省略する。この水素ガス発生部材２０を備える水素発生装置１０によって、水素ガスを容易に製造することができる。
【００１５】
次に、本発明の水素ガス発生部材を、さらに、具体的に説明する。
（実施例１）
水素ガス発生部材のＡｌ−Ｘ−Ｙ合金を圧延処理までの過程を説明する。
まず、Ａｌとドーパント金属ＸとしてＳｎを同一坩堝中で高周波溶解炉にて溶解し、鋳型に鋳込むことにより合金化処理を施す。溶解方法は、電気炉による加熱等の公知の技術のいずれを用いてもよい。
鋳込んだＡｌ合金を圧延により圧延処理を施す。潤滑材には灯油等の公知のものを用いることができる。また、熱間圧延もしくは冷間圧延いずれの技術を用いることも可能であるが、コストを考えると、冷間圧延による圧延処理が好ましい。
図２は、ＡｌとＳｎとを含む水素ガス発生部材の断面を示すＳＥＭ写真である。ＡｌとＳｎとを高周波溶解後に直径２０ｍｍの円柱鋳型に鋳込んだ。ＳＥＭ写真では、白素地のマトリックスがＳｎで、黒い点がＡｌである。全体の組成分析をＥＰＭＡにより行った結果、Ａｌ３０％、Ｓｎ７０％であった。この試験片を切り出し、冷間圧延機で圧延を行った。圧延は容易に行うことができ、圧延率９９．９９％の水素ガス発生部材を得ることができた。
得られた試料の圧延面をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）にて分析した。その結果、圧延した試料の極最表面には、Ａｌの酸化物とＳｎの酸化物が共存していることが分かった。
薄膜の水素ガス発生部材０．０５１５ｇを１５℃の水に浸漬した。浸漬後６０秒ほどすると、激しく水素を発生した。
試験片の膨張に伴い、試験片内部からも水素の発生が進行している様子が観察された。最終的に水素発生が終了したときには、試験片の圧延時の形状をとどめていなかった。この時の水素発生量は、約６ｍＬであり、理論的な水素発生量からすると約９０％の効率であった。
この時の組成と水素ガスの発生の状況を表１に示す。水素ガス発生の評価は、目視で、激しく発生している場合は◎、実用上問題ない状態で十分発生している場合は○、発生していない又は発生していても実用上不十分な場合は×とした。
（実施例２ないし１９）
実施例１と同様にして、Ｘ、Ｙのドーパント金属の種類と量とを変えて、実施例２ないし１９のＡｌ−Ｘ−Ｙ合金を圧延処理した。その時の組成と水素ガスの発生の状況を表１に併せて示す。
【００１６】
（比較例１）
純Ａｌを高周波溶解後に直径２０ｍｍの円柱鋳型に鋳込んだ。この試験片を切り出し、冷間圧延機で圧延を行った。圧延率が９９.９９％の試験片を準備した。この試験片をＸＰＳにて分析した。その結果、試料の極最表面には、Ａｌの酸化物が確認された。また、同じ試験片を常温の水と接触させた。板材からは何も発生することがなかった。この結果を表１に示す。
（比較例２ないし３４）
実施例１と同様にして、Ｘ、Ｙのドーパント金属の種類と量とを変えて、Ｓｎ、Ｂｉ，Ｉｎを添加した比較例２ないし４、及びＦｅ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｈｇ、ＰｂおよびＳｉを添加した合金、比較例５ないし１１を圧延処理した。その時の組成と水素ガスの発生の状況を表１に併せて示す。Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎの板材および他の合金からは何も発生することがなかった。この結果を表１に示す。
【００１７】
実施例１および比較例１のＸＰＳの結果より、水素発生の初期段階として、添加元素の酸化物が試料極最表面にあることが重要であることが分かった。Ａｌの酸化物と添加元素の酸化物の界面に水が浸入し、内部にある純Ａｌとの反応によって水素が発生する。
【００１８】
このときに、Ａｌに対する合金化の添加元素と圧延率、水素発生を調べた。その結果を、実施例１ないし３４、比較例１ないし１１と含めて下記表１に示す。
【表１】
表１から明らかなように、Ａｌに対する添加元素として、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎの添加で水素ガスを発生させることができることがわかった。更に、圧延率が高いほど、水素の発生効率が高かった。
【００１９】
（実施例３５）
本発明の水素ガス発生部材のＡｌ−Ｘ−Ｙ合金の粉末処理までの過程を説明する。
まず、Ａｌ−Ｘ−Ｙ合金を同一坩堝中で高周波溶解炉にて溶解し、ガスアトマイズ法等の粉末作製技術により粉末を作製する。溶解方法は、電気炉による加熱等の公知の技術のいずれを用いてもよい。
Ａｌ−Ｘ−Ｙ合金を高周波溶解後にガスアトマイズ法により粉末を作製した。表２に作製した粉末の組成を示す。
図３は、ＡｌとＳｎ、Ｉｎを含む水素ガス発生部材の断面を示すＳＥＭ写真である。白素地のマトリックスがＳｎ−Ｉｎ、黒い点がＡｌであり、全体の組成分析をＥＰＭＡにより行った結果、Ａｌ６０％、Ｓｎ−Ｉｎ合金４０％であった。
この粉末を５ｇ取り出し、ステンレスメッシュに収納して６０℃の温水と接触させた。浸漬後すぐに、激しく水素を発生しながら、水が変色していった。その時の、試験粉末の断面組織のＳＥＭ写真を図４に示す。表面から亀裂が入り、Ａｌの内部に進展している。この際、Ａｌの活性面が表出し、水との水酸化物形成の水和反応により水素が発生したと考えられる。その時の組成と水素ガスの発生の状況を表２に示す。
（実施例３６ないし５３）
実施例３５と同様にして、Ｘ、Ｙのドーパント金属の種類と量とを変えて、実施例３６ないし５３のＡｌ−Ｘ−Ｙ合金を粉末化処理した。その時の組成と水素ガスの発生の状況を表２に併せて示す。
【００２０】
（比較例１２ないし１８）
実施例３５と同様にして、Ｘ、Ｙのドーパント金属の種類と量とを変えて、比較例１２ないし１８のＡｌ−Ｘ−Ｙ合金を粉末化処理した。その時の組成と水素ガスの発生の状況を表２に併せて示す。この粉末を５ｇ取り出し、温水と接触させた。浸漬後変化が生じず、水素発生は見られなかった。
【００２１】
このときに、Ａｌに対する合金化の添加元素と粒径、水素発生を調べた。その結果を、実施例３５ないし５３、比較例１２ないし１８と含めて下記表２に示す。
【表２】
表２から明らかなように、Ａｌに対する添加元素として、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉが良かった。更に、粒径が細かいほど、水素の発生効率が高かった。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明によって得られる、水素ガス発生部材及び水素ガス製造方法を用いて、携帯用電池や緊急用発電機を始めとする多くの用途が考えられる。また、水の仕組みを理解する理科教材としても、安全な材料である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】水素ガスを発生させる水素ガス発生装置の構成を示す概略図である。
【図２】ＡｌとＳｎとを含む水素ガス発生部材の断面を示すＳＥＭ写真である。
【図３】ＡｌとＳｎ、Ｉｎを含む水素ガス発生部材の断面を示すＳＥＭ写真である。
【図４】ＡｌとＳｎ、Ｉｎを含む水素ガス発生部材の水素が発生した時の断面組織のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００２４】
１０ 水素ガス発生装置
１１ 装置容器
１２ 水素ガス採集管
１３ 水供給管
１４ 固定部材
１５ 水
１６ 水排水管
２０ 水素ガス発生部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属マトリックス中に、Ａｌを微細分散させた組織を有する水素ガス発生部材であって、
該水素ガス発生部材に水を接触させて、水素ガスを生成する
ことを特徴とする水素ガス発生部材。
【請求項２】
前記水素ガス発生部材が、液相状態で互いに組成の異なるＡｌと他の１つの液相に分離して液相の２相分離している
ことを特徴とする請求項１に記載の水素ガス発生部材。
【請求項３】
前記水素ガス発生部材は、Ａｌ−Ｘ合金で、
Ｘが、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎのうちから選ばれた少なくとも１種である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の水素ガス発生部材。
【請求項４】
前記水素ガス発生部材は、Ａｌ−Ｘ合金で、
Ｘが、Ｓｎ:１０．１〜９９．５％（質量％：以下同じ）、Ｂｉ：３０．１〜９９．５％、Ｉｎ：１０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｂｉ：２０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｉｎ：１０〜９９．５％、Ｂｉ＋Ｉｎ：２０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｉｎ：２０〜９９．５％のうちから選ばれたものである
ことを特徴とする請求項３に記載の水素ガス発生部材。
【請求項５】
前記Ａｌ−Ｘ合金は、さらに、Ｙを含有し、
そのＹとして、Ｐｂ：０．０１〜２０％、Ｚｎ：０．０１〜３０％、Ｓｉ：０．０１〜２０％、Ｃｄ:０．０１〜２０％、Ｃｕ:０．０１〜２０％、Ｆｅ:０．０１〜５％、Ｇａ:０．０１〜３０％、Ｇｅ:０．０１〜３０％、Ｈｇ:０．０１〜２０％、Ｍｇ:０．０１〜２０％、Ｎｉ:０．０１〜５％、Ｓ:０．０１〜５％、Ｍｎ：０．０１〜５％のうちから選ばれた少なくとも１種であり、複数の元素を含有する場合でも６０％を越えない範囲であって、
ＸとＹが、２Ｘ＞Ｙの関係にある
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の水素ガス発生部材。
【請求項６】
前記水素ガス発生部材は、圧延加工されている
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の水素ガス発生部材。
【請求項７】
前記水素ガス発生部材は、粉末化されている
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の水素ガス発生部材。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の水素ガス発生部材であって、
該水素ガス発生部材に水を接触させて、水素ガスを生成する
ことを特徴とする水素ガス製造方法。
【請求項１】
金属マトリックス中に、Ａｌを微細分散させた組織を有する水素ガス発生部材であって、
該水素ガス発生部材に水を接触させて、水素ガスを生成する
ことを特徴とする水素ガス発生部材。
【請求項２】
前記水素ガス発生部材が、液相状態で互いに組成の異なるＡｌと他の１つの液相に分離して液相の２相分離している
ことを特徴とする請求項１に記載の水素ガス発生部材。
【請求項３】
前記水素ガス発生部材は、Ａｌ−Ｘ合金で、
Ｘが、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎのうちから選ばれた少なくとも１種である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の水素ガス発生部材。
【請求項４】
前記水素ガス発生部材は、Ａｌ−Ｘ合金で、
Ｘが、Ｓｎ:１０．１〜９９．５％（質量％：以下同じ）、Ｂｉ：３０．１〜９９．５％、Ｉｎ：１０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｂｉ：２０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｉｎ：１０〜９９．５％、Ｂｉ＋Ｉｎ：２０．１〜９９．５％、Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｉｎ：２０〜９９．５％のうちから選ばれたものである
ことを特徴とする請求項３に記載の水素ガス発生部材。
【請求項５】
前記Ａｌ−Ｘ合金は、さらに、Ｙを含有し、
そのＹとして、Ｐｂ：０．０１〜２０％、Ｚｎ：０．０１〜３０％、Ｓｉ：０．０１〜２０％、Ｃｄ:０．０１〜２０％、Ｃｕ:０．０１〜２０％、Ｆｅ:０．０１〜５％、Ｇａ:０．０１〜３０％、Ｇｅ:０．０１〜３０％、Ｈｇ:０．０１〜２０％、Ｍｇ:０．０１〜２０％、Ｎｉ:０．０１〜５％、Ｓ:０．０１〜５％、Ｍｎ：０．０１〜５％のうちから選ばれた少なくとも１種であり、複数の元素を含有する場合でも６０％を越えない範囲であって、
ＸとＹが、２Ｘ＞Ｙの関係にある
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の水素ガス発生部材。
【請求項６】
前記水素ガス発生部材は、圧延加工されている
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の水素ガス発生部材。
【請求項７】
前記水素ガス発生部材は、粉末化されている
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の水素ガス発生部材。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の水素ガス発生部材であって、
該水素ガス発生部材に水を接触させて、水素ガスを生成する
ことを特徴とする水素ガス製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−５１７１４（Ｐ２００９−５１７１４Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２２４７７（Ｐ２００７−２２２４７７）
【出願日】平成１９年８月２９日（２００７．８．２９）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２９日（２００７．８．２９）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
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