水素発生剤及びそれを用いた水素発生方法
【課題】水と反応させることにより水素を発生させる水素発生剤の原理を維持しつつ、常温でも安定して効率的に水素を発生させることができる、従来技術の問題を改善した水素発生剤及びそれを用いた水素発生方法を提供する。
【解決手段】アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種とリチウムとを含有するリチウム合金であることを特徴とする水素発生剤及びそれを用いた水素発生方法。
【解決手段】アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種とリチウムとを含有するリチウム合金であることを特徴とする水素発生剤及びそれを用いた水素発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水と反応させることにより水素を効率的に発生させる水素発生剤及びそれを用いた水素発生方法に関する。このような水素発生剤及び水素発生方法は、燃料電池やガスクロマトグラフィーに水素を供給する手段、更には水素を要する研究用途に水素を供給する手段として有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来、水と反応させることにより水素を発生させる水素発生剤としてはアルミニウムが知られており、具体的にはアルミニウムを水中で切削加工して新生表面を生成しつつ水と反応させて水素を発生させることが知られている（特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、この方法では、アルミニウムの新生表面が逐次生成するため、水とアルミニウムの反応速度を制御するのが困難である。また、この方法では、外部から加熱を行わないと反応が不十分となるため、加熱制御が困難という問題もある。
【０００４】
また、アルミニウム粉末に亜鉛粉末又は鉄粉末を混合し、その混合粉末に水を供給して水素を発生させる方法も知られている（特許文献２）。特許文献２には、亜鉛粉末又は鉄粉末を混合することにより、水とアルミニウムの見かけの反応速度を高め、アルミニウム粉末単独よりも効率的に水素を発生させることができると記載されている。
【０００５】
しかしながら、この方法でも、効率的に水素を発生させるには外部加熱が必要である。
【０００６】
また、常温で安定的に水素を生成させる水素発生剤として、アルミニウム粉末と酸化アルミニウム粉末を含み、アルミニウム粉末と酸化カルシウム粉末の合計を１００重量％としてアルミニウム粉末の配合比が８５重量％以下である水素発生剤が知られている（特許文献３）。そして、特許文献３には、アルミニウム粉末としては、粒度分布が５０〜１５０μｍのものが好ましいと記載されている。
【０００７】
しかしながら、この水素発生剤は、酸化カルシウムを含有するため、水との反応により酸化カルシウムが水酸化カルシウムとなって副生する。そのため、水素にカルシウムイオンが混在するため燃料電池にそのまま供給するには不適である。これは、生成した水素にカルシウムイオンが混在することで燃料電池の固体電解質に作用してプロトン伝導機能を阻害するおそれがあるからである。
【０００８】
よって、常温で効率的に水素を発生させることができ、しかも不純物を含まない水素を発生させることができる水素発生剤及びそれを用いた水素発生方法が望まれている。
【特許文献１】特開２００１−３１４０１号公報
【特許文献２】特開２００２−１０４８０１号公報
【特許文献３】特開２００４−２３１４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、水と反応させることにより水素を発生させる水素発生剤の原理を維持しつつ、常温でも安定して効率的に水素を発生させることができる、従来技術の問題を改善した水素発生剤及びそれを用いた水素発生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】
【００１０】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、水との反応性が極めて高く単独では取扱いが困難な金属リチウムを特定の合金として用いる場合には、安全性が格段に高まり、水との反応を制御でき、上記目的を達成できる水素発生剤となることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明は下記の水素発生剤及び水素発生方法に関する。
１．アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種とリチウムとを含有するリチウム合金であることを特徴とする水素発生剤。
２．前記リチウム合金は水素化物である、上記項１に記載の水素発生剤。
３．前記リチウム合金は板状、棒状又は粒子状である、上記項１又は２に記載の水素発生剤。
４．上記項１〜３のいずれかに記載の水素発生剤と水とを反応させることにより水素を発生させる水素発生方法。
５．前記発生させた水素をフィルタリングすることにより不純物を除去して純水素を得る、上記項４に記載の水素発生方法。
６．燃料電池に供給する水素を得るための、上記項４又は５に記載の水素発生方法。
７．水素を必要とする実験又は校正を必要をするセンサー若しくは測定機器に供給する水素を得るための、上記項４又は５に記載の水素発生方法。
【００１２】
以下、本発明の水素発生剤及び水素発生方法について詳細に説明する。
【００１３】
水素発生剤
本発明の水素発生剤は、アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種とリチウムとを含有するリチウム合金であることを特徴とする。金属リチウムは水との反応性が極めて高く単独では取扱いが困難であるが、上記リチウム合金として用いることにより安全性が格段に高まり、水との反応を制御できる。そのため、上記リチウム合金と水とを反応させることにより、常温でも安定して効率的に水素が得られる。
【００１４】
上記リチウム合金の組成は、アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛の少なくとも１種を合金成分として含むリチウム合金であれば限定的ではないが、リチウム合金中のリチウム含有量は２５〜７０ａｔ％が好ましく、３０〜６０ａｔ％がより好ましい。
【００１５】
上記リチウム合金は、水素化物である場合には水素発生量が増える。水素化物としては、例えば、水素化リチウムアルミニウム、水素化リチウムマグネシウム、水素化リチウム亜鉛等が挙げられる。水素化物中の水素含有量は限定的ではないが、２０〜６０ａｔ％が好ましく、３０〜５０ａｔ％がより好ましい。
【００１６】
上記リチウム合金の組成は、２元合金状態図又は３元合金状態図に記載されている組成が利用できる。これらのリチウム合金の製造方法は限定されず、例えば、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛等の金属箔とリチウム箔とを不活性雰囲気又は水素雰囲気下で圧着・加熱して合金化させることにより製造する。
【００１７】
上記リチウム合金を水素発生剤として用いる際の上記リチウム合金の形状は限定的ではないが、例えば、板状、棒状、粉末状等が挙げられる。
【００１８】
粉末状で用いる場合の平均粒子径は限定されないが、数十μｍ〜数ｍｍ程度が好ましく、１００〜３００μｍ程度がより好ましい。
【００１９】
板状又は棒状で用いる場合の厚さは数ミリ以下が好ましく、０．５〜２ｍｍ程度がより好ましい。粉末を圧密化して形成する場合は、水素発生剤を収容し水素を発生させる容器の形状や大きさに応じて適宜設定できる。成形手段は限定されないが、公知の成形手段により所望の形状に圧密化して形成する場合には、水素発生効率を下げない成形体の密度や形態を考慮する必要がある。
【００２０】
水素発生方法
本発明の水素発生方法は、上記本発明の水素発生剤と水とを反応させることにより水素を発生させる。水素発生剤と水とを反応させる方法は、例えば、水素発生剤を水に浸漬する方法が挙げられる。本発明の水素発生方法では、浸漬させる水は常温でよく、外部加熱しなくても効率的に水素を発生させることができる。
【００２１】
好ましい実施態様では、水素化リチウムアルミニウムからなる水素発生剤５ｇを２０ｍｌの水に浸漬することにより１．５〜２．５Ｌもの水素を発生させることができる。また、１ｇの水素化リチウムアルミニウムからなる水素発生剤当たり１０〜１５ｍｌ／分の水素発生量となり、５０分程度安定した速度で水素が発生する。このとき、浸漬する水の外部加熱は必要ない。反応が進むに従って、反応熱で水温が上昇するため、反応速度が減少することなく持続する。
【００２２】
本発明の水素発生方法により得られる水素は、水分（僅かにリチウム合金成分を含む）以外の不純物を実質的に含まない。そのため、必要に応じて、リチウム合金成分を含んだ水分をフィルタリング（水分除去膜と活性炭やゼオライト等の吸着剤）することにより、高純度の水素が得られる。この高純度の水素は、例えば、携帯電子機器の燃料電池に供給した場合に固体電解質のプロトン伝導機能を阻害し難いため有利である。
【００２３】
例えば、携帯電子機器の燃料電池に水素を供給する場合には、密閉容器に本発明の水素発生剤を充填し（必要に応じて脱脂綿や不織布で水素発生剤を挟み込んでもよい）、水に浸漬して水素を発生させ、必要に応じてフィルタリングし、得られた水素を燃料電池に供給する。その他、僅かな水素を必要とする実験や水素による校正が必要なセンサーや測定機器、例えば、ガスクロマトグラフィーに水素を供給する手段にも利用できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の水素発生剤は、アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種とリチウムとを含有するリチウム合金であることを特徴とする。金属リチウムは水との反応性が極めて高く単独では取扱いが困難であるが、上記リチウム合金として用いることにより安全性が格段に高まり、水との反応を制御できる。そのため、上記リチウム合金と水とを反応させることにより、常温でも安定して効率的に水素が得られる。
【００２５】
発生する水素は、水分に僅かに含まれるリチウム合金成分以外の不純物を実質的に含まないため、必要に応じて水分をフィルタリングすることにより高純度の水素を供給することができる。このような水素は、燃料電池の固体電解質のプロトン伝導機能を阻害し難いため、燃料電池に好適に供給できる。また、ガスクロマトグラフィーなどの測定機器やセンサーに供給することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に実施例を示して本発明を具体的に説明する。但し本発明は実施例に限定されない。
【００２７】
実施例１
アルミニウム箔とリチウム箔とを不活性雰囲気中で圧着・加熱して合金化し、粉砕した。得られたリチウムアルミニウム合金粉末の粒子径は７５〜２５０μｍであった。このリチウムアルミニウム合金粉末の組成は、ＬｉＡｌであり、モル比１：１であった。
【００２８】
上記リチウムアルミニウム合金粉末３ｇを２０ｍｌの水に浸漬して水素を発生させた。発生した水素をチューブで取り出し、水上置換法により採取しながら、マスフロメータで発生量を測定した。経時的な水素発生量の変化を図１に示す。
【００２９】
図１の結果から明らかなように、常温で安定して効率的に水素が発生している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１の水素発生実験における経時的な水素発生量の変化を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水と反応させることにより水素を効率的に発生させる水素発生剤及びそれを用いた水素発生方法に関する。このような水素発生剤及び水素発生方法は、燃料電池やガスクロマトグラフィーに水素を供給する手段、更には水素を要する研究用途に水素を供給する手段として有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来、水と反応させることにより水素を発生させる水素発生剤としてはアルミニウムが知られており、具体的にはアルミニウムを水中で切削加工して新生表面を生成しつつ水と反応させて水素を発生させることが知られている（特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、この方法では、アルミニウムの新生表面が逐次生成するため、水とアルミニウムの反応速度を制御するのが困難である。また、この方法では、外部から加熱を行わないと反応が不十分となるため、加熱制御が困難という問題もある。
【０００４】
また、アルミニウム粉末に亜鉛粉末又は鉄粉末を混合し、その混合粉末に水を供給して水素を発生させる方法も知られている（特許文献２）。特許文献２には、亜鉛粉末又は鉄粉末を混合することにより、水とアルミニウムの見かけの反応速度を高め、アルミニウム粉末単独よりも効率的に水素を発生させることができると記載されている。
【０００５】
しかしながら、この方法でも、効率的に水素を発生させるには外部加熱が必要である。
【０００６】
また、常温で安定的に水素を生成させる水素発生剤として、アルミニウム粉末と酸化アルミニウム粉末を含み、アルミニウム粉末と酸化カルシウム粉末の合計を１００重量％としてアルミニウム粉末の配合比が８５重量％以下である水素発生剤が知られている（特許文献３）。そして、特許文献３には、アルミニウム粉末としては、粒度分布が５０〜１５０μｍのものが好ましいと記載されている。
【０００７】
しかしながら、この水素発生剤は、酸化カルシウムを含有するため、水との反応により酸化カルシウムが水酸化カルシウムとなって副生する。そのため、水素にカルシウムイオンが混在するため燃料電池にそのまま供給するには不適である。これは、生成した水素にカルシウムイオンが混在することで燃料電池の固体電解質に作用してプロトン伝導機能を阻害するおそれがあるからである。
【０００８】
よって、常温で効率的に水素を発生させることができ、しかも不純物を含まない水素を発生させることができる水素発生剤及びそれを用いた水素発生方法が望まれている。
【特許文献１】特開２００１−３１４０１号公報
【特許文献２】特開２００２−１０４８０１号公報
【特許文献３】特開２００４−２３１４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、水と反応させることにより水素を発生させる水素発生剤の原理を維持しつつ、常温でも安定して効率的に水素を発生させることができる、従来技術の問題を改善した水素発生剤及びそれを用いた水素発生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】
【００１０】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、水との反応性が極めて高く単独では取扱いが困難な金属リチウムを特定の合金として用いる場合には、安全性が格段に高まり、水との反応を制御でき、上記目的を達成できる水素発生剤となることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明は下記の水素発生剤及び水素発生方法に関する。
１．アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種とリチウムとを含有するリチウム合金であることを特徴とする水素発生剤。
２．前記リチウム合金は水素化物である、上記項１に記載の水素発生剤。
３．前記リチウム合金は板状、棒状又は粒子状である、上記項１又は２に記載の水素発生剤。
４．上記項１〜３のいずれかに記載の水素発生剤と水とを反応させることにより水素を発生させる水素発生方法。
５．前記発生させた水素をフィルタリングすることにより不純物を除去して純水素を得る、上記項４に記載の水素発生方法。
６．燃料電池に供給する水素を得るための、上記項４又は５に記載の水素発生方法。
７．水素を必要とする実験又は校正を必要をするセンサー若しくは測定機器に供給する水素を得るための、上記項４又は５に記載の水素発生方法。
【００１２】
以下、本発明の水素発生剤及び水素発生方法について詳細に説明する。
【００１３】
水素発生剤
本発明の水素発生剤は、アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種とリチウムとを含有するリチウム合金であることを特徴とする。金属リチウムは水との反応性が極めて高く単独では取扱いが困難であるが、上記リチウム合金として用いることにより安全性が格段に高まり、水との反応を制御できる。そのため、上記リチウム合金と水とを反応させることにより、常温でも安定して効率的に水素が得られる。
【００１４】
上記リチウム合金の組成は、アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛の少なくとも１種を合金成分として含むリチウム合金であれば限定的ではないが、リチウム合金中のリチウム含有量は２５〜７０ａｔ％が好ましく、３０〜６０ａｔ％がより好ましい。
【００１５】
上記リチウム合金は、水素化物である場合には水素発生量が増える。水素化物としては、例えば、水素化リチウムアルミニウム、水素化リチウムマグネシウム、水素化リチウム亜鉛等が挙げられる。水素化物中の水素含有量は限定的ではないが、２０〜６０ａｔ％が好ましく、３０〜５０ａｔ％がより好ましい。
【００１６】
上記リチウム合金の組成は、２元合金状態図又は３元合金状態図に記載されている組成が利用できる。これらのリチウム合金の製造方法は限定されず、例えば、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛等の金属箔とリチウム箔とを不活性雰囲気又は水素雰囲気下で圧着・加熱して合金化させることにより製造する。
【００１７】
上記リチウム合金を水素発生剤として用いる際の上記リチウム合金の形状は限定的ではないが、例えば、板状、棒状、粉末状等が挙げられる。
【００１８】
粉末状で用いる場合の平均粒子径は限定されないが、数十μｍ〜数ｍｍ程度が好ましく、１００〜３００μｍ程度がより好ましい。
【００１９】
板状又は棒状で用いる場合の厚さは数ミリ以下が好ましく、０．５〜２ｍｍ程度がより好ましい。粉末を圧密化して形成する場合は、水素発生剤を収容し水素を発生させる容器の形状や大きさに応じて適宜設定できる。成形手段は限定されないが、公知の成形手段により所望の形状に圧密化して形成する場合には、水素発生効率を下げない成形体の密度や形態を考慮する必要がある。
【００２０】
水素発生方法
本発明の水素発生方法は、上記本発明の水素発生剤と水とを反応させることにより水素を発生させる。水素発生剤と水とを反応させる方法は、例えば、水素発生剤を水に浸漬する方法が挙げられる。本発明の水素発生方法では、浸漬させる水は常温でよく、外部加熱しなくても効率的に水素を発生させることができる。
【００２１】
好ましい実施態様では、水素化リチウムアルミニウムからなる水素発生剤５ｇを２０ｍｌの水に浸漬することにより１．５〜２．５Ｌもの水素を発生させることができる。また、１ｇの水素化リチウムアルミニウムからなる水素発生剤当たり１０〜１５ｍｌ／分の水素発生量となり、５０分程度安定した速度で水素が発生する。このとき、浸漬する水の外部加熱は必要ない。反応が進むに従って、反応熱で水温が上昇するため、反応速度が減少することなく持続する。
【００２２】
本発明の水素発生方法により得られる水素は、水分（僅かにリチウム合金成分を含む）以外の不純物を実質的に含まない。そのため、必要に応じて、リチウム合金成分を含んだ水分をフィルタリング（水分除去膜と活性炭やゼオライト等の吸着剤）することにより、高純度の水素が得られる。この高純度の水素は、例えば、携帯電子機器の燃料電池に供給した場合に固体電解質のプロトン伝導機能を阻害し難いため有利である。
【００２３】
例えば、携帯電子機器の燃料電池に水素を供給する場合には、密閉容器に本発明の水素発生剤を充填し（必要に応じて脱脂綿や不織布で水素発生剤を挟み込んでもよい）、水に浸漬して水素を発生させ、必要に応じてフィルタリングし、得られた水素を燃料電池に供給する。その他、僅かな水素を必要とする実験や水素による校正が必要なセンサーや測定機器、例えば、ガスクロマトグラフィーに水素を供給する手段にも利用できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の水素発生剤は、アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種とリチウムとを含有するリチウム合金であることを特徴とする。金属リチウムは水との反応性が極めて高く単独では取扱いが困難であるが、上記リチウム合金として用いることにより安全性が格段に高まり、水との反応を制御できる。そのため、上記リチウム合金と水とを反応させることにより、常温でも安定して効率的に水素が得られる。
【００２５】
発生する水素は、水分に僅かに含まれるリチウム合金成分以外の不純物を実質的に含まないため、必要に応じて水分をフィルタリングすることにより高純度の水素を供給することができる。このような水素は、燃料電池の固体電解質のプロトン伝導機能を阻害し難いため、燃料電池に好適に供給できる。また、ガスクロマトグラフィーなどの測定機器やセンサーに供給することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に実施例を示して本発明を具体的に説明する。但し本発明は実施例に限定されない。
【００２７】
実施例１
アルミニウム箔とリチウム箔とを不活性雰囲気中で圧着・加熱して合金化し、粉砕した。得られたリチウムアルミニウム合金粉末の粒子径は７５〜２５０μｍであった。このリチウムアルミニウム合金粉末の組成は、ＬｉＡｌであり、モル比１：１であった。
【００２８】
上記リチウムアルミニウム合金粉末３ｇを２０ｍｌの水に浸漬して水素を発生させた。発生した水素をチューブで取り出し、水上置換法により採取しながら、マスフロメータで発生量を測定した。経時的な水素発生量の変化を図１に示す。
【００２９】
図１の結果から明らかなように、常温で安定して効率的に水素が発生している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１の水素発生実験における経時的な水素発生量の変化を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種とリチウムとを含有するリチウム合金であることを特徴とする水素発生剤。
【請求項２】
前記リチウム合金は水素化物である、請求項１に記載の水素発生剤。
【請求項３】
前記リチウム合金は板状、棒状又は粒子状である、請求項１又は２に記載の水素発生剤。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の水素発生剤と水とを反応させることにより水素を発生させる水素発生方法。
【請求項５】
前記発生させた水素をフィルタリングすることにより不純物を除去して純水素を得る、請求項４に記載の水素発生方法。
【請求項６】
燃料電池に供給する水素を得るための、請求項４又は５に記載の水素発生方法。
【請求項７】
水素を必要とする実験又は校正を必要をするセンサー若しくは測定機器に供給する水素を得るための、請求項４又は５に記載の水素発生方法。
【請求項１】
アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種とリチウムとを含有するリチウム合金であることを特徴とする水素発生剤。
【請求項２】
前記リチウム合金は水素化物である、請求項１に記載の水素発生剤。
【請求項３】
前記リチウム合金は板状、棒状又は粒子状である、請求項１又は２に記載の水素発生剤。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の水素発生剤と水とを反応させることにより水素を発生させる水素発生方法。
【請求項５】
前記発生させた水素をフィルタリングすることにより不純物を除去して純水素を得る、請求項４に記載の水素発生方法。
【請求項６】
燃料電池に供給する水素を得るための、請求項４又は５に記載の水素発生方法。
【請求項７】
水素を必要とする実験又は校正を必要をするセンサー若しくは測定機器に供給する水素を得るための、請求項４又は５に記載の水素発生方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−１００４４５（Ｐ２０１０−１００４４５Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７０７９６（Ｐ２００８−２７０７９６）
【出願日】平成２０年１０月２１日（２００８．１０．２１）
【出願人】（５０４１３７５５４）株式会社イオックス (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２１日（２００８．１０．２１）
【出願人】（５０４１３７５５４）株式会社イオックス (13)
【Ｆターム（参考）】
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