水素貯蔵方法、水素貯蔵物質、およびそれを用いた燃料電池システム
【課題】 多量の水素を貯蔵し、かつ貯蔵された水素を容易に取り出すことのできる水素貯蔵方法、および水素貯蔵物質を提供する。
【解決手段】 第一の水素貯蔵方法を、窒化物および錯体水素化物から選ばれる二種以上の化合物を混合して原料混合物を調製する原料混合物調製工程と、該原料混合物に水素を反応させ、該化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を生成させて水素を貯蔵する水素貯蔵工程と、を含よう構成する。また、第二の水素貯蔵方法を、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む原料化合物に水素を反応させ、該原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる二種以上の水素化物を生成させて水素を貯蔵するよう構成する。
【解決手段】 第一の水素貯蔵方法を、窒化物および錯体水素化物から選ばれる二種以上の化合物を混合して原料混合物を調製する原料混合物調製工程と、該原料混合物に水素を反応させ、該化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を生成させて水素を貯蔵する水素貯蔵工程と、を含よう構成する。また、第二の水素貯蔵方法を、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む原料化合物に水素を反応させ、該原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる二種以上の水素化物を生成させて水素を貯蔵するよう構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可逆的に水素の貯蔵、取出しが可能な水素貯蔵方法、および水素貯蔵物質に関する。また、そのような水素貯蔵物質を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の排出による地球の温暖化等の環境問題や、石油資源の枯渇等のエネルギー問題から、クリーンな代替エネルギーとして水素エネルギーが注目されている。水素エネルギーの実用化にむけて、水素を安全に貯蔵、輸送する技術の開発が重要となる。水素の貯蔵方法にはいくつかの候補があるが、なかでも水素を貯蔵することのできる水素貯蔵材料を用いる方法が有望である。水素貯蔵材料としては、活性炭、フラーレン、ナノチューブ等の炭素材料や、ＬａＮｉ5、ＴｉＦｅ等の水素吸蔵合金が知られている。また、水素貯蔵量を大きくするという観点から、最も軽い元素であるリチウム（Ｌｉ）を用いた水素貯蔵材料の開発が試みられている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照。）。
【特許文献１】特表２００２−５２６６５８号公報
【非特許文献１】P.Chen、他４名、“Interaction of hydrogen with metal nitrides and imides”、「Nature」、２００２年、vol.４２０／２１、p.３０２〜３０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、水素吸蔵合金では、金属や合金が水素を吸蔵して水素化物となる。このように、従来の水素貯蔵材料は、合金等の材料とその水素化物との間で水素をやり取りする。しかし、生成する水素化物の種類は限定されるため、合金等の材料とその水素化物との間では、水素の貯蔵量に限界がある。よって、水素貯蔵材料を、多量の水素を必要とする燃料電池等の水素源として実用化するためには、さらなる改良が必要である。
【０００４】
本発明は、このような実状を鑑みてなされたものであり、多量の水素を貯蔵し、かつ貯蔵された水素を容易に取り出すことのできる水素貯蔵方法、および水素貯蔵物質を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明の第一の水素貯蔵方法は、窒化物および錯体水素化物から選ばれる二種以上の化合物を混合して原料混合物を調製する原料混合物調製工程と、該原料混合物に水素を反応させ、該化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を生成させて水素を貯蔵する水素貯蔵工程と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
本発明の第一の水素貯蔵方法では、窒化物および錯体水素化物から選ばれる二種以上の化合物を混合した原料混合物に、水素を反応させる。原料混合物は、水素と反応することで、原料混合物を構成する化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を生成する。
【０００７】
本発明の第一の水素貯蔵方法で生成される水素化物は、原料となる個々の化合物を、それぞれ水素化して得られる水素化物の集合体ではない。すなわち、本発明の第一の水素貯蔵方法は、原料となる個々の化合物を、それぞれ単に水素化しているのではない。選択された二種以上の化合物を混合した状態で水素化することで、個々の化合物の水素化反応とは異なる反応が進行し、より実用的な条件で水素化物が生成される。このため、例えば、単独では水素化が難しい化合物であっても、水素化し易い化合物と組み合わせることで、水素化が可能となる。
【０００８】
原料混合物と水素との反応メカニズムは明らかではないが、混合の際、各化合物が微細化され、複合化することで、水素との反応が促進されると考えられる。その結果、本発明の第一の水素貯蔵方法では、個々の化合物を単に水素化したのでは実現できない水素貯蔵量を得ることができる。このように、本発明の第一の水素貯蔵方法では、原料混合物と水素との一段の反応で、多量の水素を貯蔵することができる。
【０００９】
また、詳細は後述するが、生成した水素化物から水素を放出させると、水素化物は、原料混合物を構成する各化合物に戻る。したがって、本発明の第一の水素貯蔵方法によれば、多量の水素を可逆的に貯蔵し、取り出すことができる。
【００１０】
（２）本発明の第一の水素貯蔵物質は、窒化物および錯体水素化物から選ばれる二種以上の化合物を混合した原料混合物に水素を反応させて生成され、該化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第一の水素貯蔵物質は、上記本発明の第一の水素貯蔵方法における水素貯蔵工程で生成される水素化物を含む。このため、本発明の第一の水素貯蔵物質は、多量の水素を貯蔵する。よって、本発明の第一の水素貯蔵物質を用いれば、多量の水素を得ることができる。
【００１２】
（３）本発明の第二の水素貯蔵方法は、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む原料化合物に水素を反応させ、該原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる二種以上の水素化物を生成させて水素を貯蔵することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第二の水素貯蔵方法では、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む原料化合物に、水素を反応させる。原料化合物は、水素と反応することで、原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を、二種以上生成する。これより、本発明の第二の水素貯蔵方法では、原料化合物と水素との一段の反応で、多量の水素を貯蔵することが可能となる。
【００１４】
また、詳細は後述するが、生成した水素化物から水素を放出させると、水素化物は原料化合物に戻る。したがって、本発明の第二の水素貯蔵方法によれば、多量の水素を可逆的に貯蔵し、取り出すことができる。
【００１５】
（４）本発明の第二の水素貯蔵物質は、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む原料化合物に水素を反応させて生成され、該原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる二種以上の水素化物を含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第二の水素貯蔵物質は、上記本発明の第二の水素貯蔵方法により生成される水素化物を含む。このため、本発明の第二の水素貯蔵物質は、多量の水素を貯蔵する。よって、本発明の第二の水素貯蔵物質を用いれば、多量の水素を得ることができる。
【００１７】
（５）本発明の燃料電池システムは、上記本発明の第一の水素貯蔵物質あるいは第二の水素貯蔵物質を備えることを特徴とする。上述したように、本発明の第一の水素貯蔵物質あるいは第二の水素貯蔵物質は、多量の水素を貯蔵する。そして、貯蔵された水素は、実用的な条件で放出される。よって、本発明の第一の水素貯蔵物質あるいは第二の水素貯蔵物質を燃料電池の水素供給源として用いることで、実用的な燃料電池システムを構成することができる。また、本発明の第一の水素貯蔵方法あるいは第二の水素貯蔵方法を利用することにより、実用的な燃料電池システムを構成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第一の水素貯蔵方法では、所定の二種以上の化合物からなる原料混合物に水素を反応させ、水素化物を生成させて水素を貯蔵する。また、本発明の第二の水素貯蔵方法では、所定の原料化合物に水素を反応させ、二種以上の水素化物を生成させて水素を貯蔵する。これら本発明の二つの水素貯蔵方法によれば、多量の水素を可逆的に貯蔵し、取り出すことができる。また、本発明の二つの水素貯蔵方法によりそれぞれ生成された本発明の二つの水素貯蔵物質を用いれば、多量の水素を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の水素貯蔵方法、水素貯蔵物質、および燃料電池システムについて詳細に説明する。なお、本発明の水素貯蔵物質については、本発明の水素貯蔵方法の説明の中で述べる。また、本発明の水素貯蔵方法、水素貯蔵物質、および燃料電池システムは、下記の実施形態に限定されるものではない。本発明の水素貯蔵方法、水素貯蔵物質、および燃料電池システムは、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【００２０】
〈第一の水素貯蔵方法〉
本発明の第一の水素貯蔵方法は、原料混合物調製工程と、水素貯蔵工程と、を含む。以下、各工程について順に説明する。
【００２１】
（１）原料混合物調製工程
本工程は、窒化物および錯体水素化物から選ばれる二種以上の化合物を混合して原料混合物を調製する工程である。
【００２２】
窒化物としては、金属あるいは非金属の窒化物を用いればよい。具体的には、窒化リチウム（Ｌｉ3Ｎ）、窒化マグネシウム（Ｍｇ3Ｎ2）、窒化カルシウム（Ｃａ3Ｎ2）、窒化亜鉛（Ｚｎ3Ｎ2）、窒化ニッケル（Ｎｉ3Ｎ2）、窒化ベリリウム（Ｂｅ3Ｎ2）、窒化ナトリウム（ＮａＮ3）、窒化ストロンチウム（Ｓｒ3Ｎ2）等が挙げられる。例えば、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素の窒化物（Ｌｉ3Ｎ、Ｍｇ3Ｎ2、Ｃａ3Ｎ2、Ｂｅ3Ｎ2、ＮａＮ3、Ｓｒ3Ｎ2等）は、水素と反応した場合にアミド（−ＮＨ2）、あるいはイミド（−ＮＨ）を生成し易いため好適である。特に、Ｌｉを含む窒化物は、軽量であるため好適である。この場合、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素の一部が、他の元素で置換された態様であってもよい。置換元素としては、Ｚｎ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｂ等が挙げられる。
【００２３】
錯体水素化物は、ある原子若しくはイオンの周りに水素が結合し原子集団（錯体）を構成した水素化物である。錯体水素化物を構成する陽イオンには、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素を含むことが望ましい。この場合、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素の一部が、他の元素で置換されていてもよい。置換元素としては、Ｚｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｌａ、Ｉｎ等が挙げられる。また、陰イオンとしては、［ＮＨ2］-、［ＮＨ］2-、［ＢＨ4］-、［ＡｌＨ4］-、［ＡｌＨ6］3-等が挙げられる。好適な錯体水素化物として、リチウムアミド（ＬｉＮＨ2）等が挙げられる。
【００２４】
これら窒化物および錯体水素化物から二種以上の化合物を選択して原料とする。窒化物のみから二種以上選択してもよく、錯体水素化物のみから二種以上選択してもよい。また、窒化物と錯体水素化物とからそれぞれ一種以上ずつ選択してもよい。
【００２５】
そして、選択した二種以上の化合物を、所定の混合比で混合し、原料混合物を調製する。混合比は、水素との反応を考慮して適宜決定すればよい。例えば、原料として、Ｌｉ3ＮとＭｇ3Ｎ2とを採用する場合には、Ｌｉ3ＮとＭｇ3Ｎ2とをモル比でｘ：１（２≦ｘ≦６）の割合で混合するとよい。この場合、後述するように、水素化物としてＬｉＨと３Ｍｇ（ＮＨ2）2とがモル比でｘ：１（２≦ｘ≦６）の割合で生成される。特に、Ｌｉ3ＮとＭｇ3Ｎ2とをモル比で４：１の割合で混合すると原料の無駄が少なく効率的である。
【００２６】
化合物の混合は、乳鉢、ボールミル等、通常、混合に使用する手段を用いればよい。水素との反応を促進させるためには、混合の際に化合物を微細化することが望ましい。また、混合は、酸化し難い雰囲気で行うことが望ましい。調製された原料混合物は、粉末状で、あるいは所定の形状に成形した状態で、次工程に供すればよい。
【００２７】
（２）水素貯蔵工程
本工程は、原料混合物調製工程で調製した原料混合物に水素を反応させ、原料混合物を構成する化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を生成させて水素を貯蔵する工程である。
【００２８】
原料混合物と水素との反応条件は、原料混合物を構成する化合物の種類により、適宜決定すればよい。例えば、原料混合物を、水素ガスの圧力０．１〜５０ＭＰａ程度、温度１００〜８００℃程度の条件で、水素と反応させればよい。
【００２９】
原料混合物に水素を反応させると、水素化物が生成する。生成された水素化物は、原料混合物を構成する化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる。生成される水素化物の種類は、原料混合物の組成、水素との反応条件によって異なる。生成される水素化物は、一種類でもよく、あるいは二種類以上であってもよい。本工程で生成された水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
【００３０】
上述したように、生成される水素化物は、原料混合物を構成する個々の化合物を、それぞれ水素化して得られる水素化物の集合体ではない。以下、具体例で説明する。原料混合物がＬｉ3ＮとＭｇ3Ｎ2とから構成されている場合、水素との反応により、リチウム水素化物（ＬｉＨ）、マグネシウムアミド（Ｍｇ（ＮＨ2）2）が生成される。この場合の水素化反応を次式（ａ）に示す。
４Ｌｉ3Ｎ＋Ｍｇ3Ｎ2＋１２Ｈ2→１２ＬｉＨ＋３Ｍｇ（ＮＨ2）2・・・（ａ）
ここで、生成された水素化物は、Ｌｉ、Ｎ、Ｍｇのうちの一つ以上と水素とからなっている。また、Ｌｉ3Ｎ、Ｍｇ3Ｎ2をそれぞれ水素化して得られる水素化物の集合体（ＬｉＨＮ、ＬｉＮＨ2、ＬｉＨ、ＭｇＮＨ、Ｍｇ（ＮＨ2）2、ＭｇＨ2）ではない。
【００３１】
上記具体例の他、本発明の第一の水素貯蔵方法の好適な態様を以下に列挙する。
（ｉ）原料混合物をＬｉ3ＮとＣａ3Ｎ2とから構成し、この原料混合物に水素を反応させて、ＬｉＨおよびカルシウムアミド（Ｃａ（ＮＨ2）2）を生成させる。これら生成した水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
（ｉｉ）原料混合物をＬｉ3ＮとＺｎ3Ｎ2とから構成し、この原料混合物に水素を反応させて、ＬｉＨおよび亜鉛アミド（Ｚｎ（ＮＨ2）2）を生成させる。これら生成した水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
（ｉｉｉ）原料混合物をＬｉ3Ｎとリチウム・マグネシウム複窒化物とから構成し、この原料混合物に水素を反応させて、ＬｉＨおよびＭｇ（ＮＨ2）2を生成させる。これら生成した水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
（ｉＶ）原料混合物をＬｉＮＨ2とＭｇ3Ｎ2とから構成し、この原料混合物に水素を反応させて、ＬｉＨおよびＭｇ（ＮＨ2）2を生成させる。これら生成した水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
（Ｖ）原料混合物をＬｉＮＨ2とリチウム・マグネシウム複窒化物とから構成し、この原料混合物に水素を反応させて、ＬｉＨおよびＭｇ（ＮＨ2）2を生成させる。これら生成した水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
（Ｖｉ）原料混合物をＬｉＮＨ2とＣａ3Ｎ2とから構成し、この原料混合物に水素を反応させて、ＬｉＨおよびＣａ（ＮＨ2）2を生成させる。これら生成した水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
（Ｖｉｉ）原料混合物をＬｉＮＨ2とＺｎ3Ｎ2とから構成し、この原料混合物に水素を反応させて、ＬｉＨおよびＺｎ（ＮＨ2）2を生成させる。これら生成した水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
【００３２】
（３）本発明の第一の水素貯蔵方法は、上記二つの工程に加えて、さらに、生成した水素化物から水素を放出させて、該水素化物を原料混合物を構成する化合物に戻す水素放出工程を含む態様を採用することが望ましい。上記水素貯蔵工程で生成した水素化物は、水素を放出した後には、もとの原料混合物に戻る。よって、本工程を加えることで、繰り返し水素の貯蔵、取り出しを行うことができる。
【００３３】
水素の放出条件は、生成した水素化物の種類により、適宜決定すればよい。例えば、水素化物を、真空下、温度５０〜５００℃程度の状態に保持すればよい。
【００３４】
〈第二の水素貯蔵方法〉
（１）本発明の第二の水素貯蔵方法は、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む原料化合物に水素を反応させ、該原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる二種以上の水素化物を生成させて水素を貯蔵する。
【００３５】
原料化合物は、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む化合物であれば、特に限定されるものではない。例えば、Ｎａ3ＡｌＨ6、ＮａＡｌＨ4、ＬｉＡｌＨ4、ＫＡｌＨ4、Ｍｇ（ＡｌＨ4）2、Ｃａ（ＡｌＨ4）2、ＬｉＢＨ4、Ｍｇ（ＢＨ4）2、ＮａＢＮ4、ＫＢＨ4等が挙げられる。また、これらの元素に加えて、窒素を含む化合物を採用するとよい。例えば、リチウムボロナイトライド（Ｌｉ3ＢＮ2）、ナトリウムボロナイトライド（Ｎａ3ＢＮ2、Ｎａ2ＢＮ2）、マグネシウムボロナイトライド（Ｍｇ3Ｂ2Ｎ4）、カルシウムボロナイトライド（Ｃａ3Ｂ2Ｎ4）等が挙げられる。
【００３６】
原料化合物と水素との反応条件は、原料化合物に応じて、適宜決定すればよい。例えば、原料化合物を、水素ガスの圧力０．１〜５０ＭＰａ程度、温度２００〜８００℃程度の条件で、水素と反応させればよい。
【００３７】
原料化合物に水素を反応させると、水素化物が生成する。水素化物は二種類以上生成され、それぞれ原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる。生成された水素化物は、本発明の第二の水素貯蔵物質となる。
【００３８】
以下、具体例で説明する。原料化合物がリチウムボロナイトライドである場合、水素との反応により、リチウムボロハイドライドと、リチウムアミドとが生成される。この場合の水素化反応を次式（ｂ）に示す。
Ｌｉ3ＢＮ2＋４Ｈ2→ＬｉＢＨ4＋２ＬｉＮＨ2・・・（ｂ）
生成された二種類の水素化物は、いずれも、Ｌｉ、Ｂ、Ｎのうちの一つ以上と水素とからなっている。この場合、水素化物として、リチウムボロハイドライドとリチウムアミドとが、モル比で１：ｙ（１≦ｙ≦４）の割合で生成されることが望ましい。特に、両者が１：２の割合で生成されるとよい。
【００３９】
（２）本発明の第二の水素貯蔵方法は、一旦水素を貯蔵させた後、生成した水素化物から水素を放出させて、該水素化物を原料化合物に戻すよう構成することが望ましい。
【００４０】
原料化合物の水素化反応により生成した水素化物は、水素を放出した後には、もとの原料化合物に戻る。よって、貯蔵した水素を放出させることで、繰り返し水素の貯蔵、取り出しを行うことができる。
【００４１】
水素の放出条件は、生成した水素化物の種類により、適宜決定すればよい。例えば、水素化物を、真空下、温度５０〜５００℃程度の状態に保持すればよい。
【００４２】
〈燃料電池システム〉
本発明の燃料電池システムは、上記本発明の第一の水素貯蔵物質あるいは第二の水素貯蔵物質を備える。本発明の燃料電池システムでは、本発明の第一の水素貯蔵物質あるいは第二の水素貯蔵物質を容器に収容し、容器内の温度、圧力を所定の条件に設定することで、容易に多量の水素を得る。得られた水素は燃料電池の燃料として使用される。また、本発明の第一の水素貯蔵物質および第二の水素貯蔵物質は、水素放出後に各々の原料混合物、原料化合物に戻る。よって、本発明の燃料電池システムでは、収容した本発明の第一あるいは第二の水素貯蔵物質から水素を取り出した後、その原料混合物あるいは原料化合物を再度水素化することにより、繰り返し水素の貯蔵、取り出しを行うことが可能となる。
【実施例】
【００４３】
上記実施形態に基づいて、本発明の二つの水素貯蔵方法を実施し、水素の貯蔵、取り出しを行った。以下、実施した各水素貯蔵方法および生成した水素化物について説明する。
【００４４】
（１）実施例１
原料として、窒化物であるＬｉ3ＮとＭｇ3Ｎ2とを用いた。まず、Ｌｉ3ＮとＭｇ3Ｎ2とをモル比で４：１となるよう秤量し、それらをメノウ乳鉢にて約１０分間混合した。得られた原料混合物を、油圧プレスによりφ１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状に成形した。次に、この成形体を、ステンレス鋼製のセルに収容し、セル内を真空引きした。続いて、セル内に水素ガスを導入し、水素ガス圧を１０ＭＰａとした。さらに、セル内の温度を２００℃まで昇温し、この状態で約２時間保持した。その後、成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＨとＭｇ（ＮＨ2）2とが、モル比で４：１の割合で生成していた。次に、この成形体をもとのセルに戻し、真空下、２００℃の状態で保持した。すると、セル内の圧力が上昇した。セル内のガス分析により、成形体から水素ガスが放出されていることが確認された。放出された全水素量は、９．１ｗｔ％（＝［反応した水素の原子量／（原料混合物の原子量＋反応した水素の原子量）×１００］）となった。
【００４５】
このように、本発明の第一の水素貯蔵方法によれば、比較的低温下で、原料混合物と水素との一段の反応により、多量の水素を貯蔵することができ、かつ、多量の水素を取り出すことができる。
【００４６】
（２）実施例２
原料として、窒化物であるＬｉ3ＮとＣａ3Ｎ2とを用い、上記実施例１と同様に混合、成形した後、水素と反応させた。水素化後の成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＨとＣａ（ＮＨ2）2とが、モル比で４：１の割合で生成していた。
【００４７】
（３）実施例３
原料として、窒化物であるＬｉ3ＮとＺｎ3Ｎ2とを用い、上記実施例１と同様に混合、成形した後、水素と反応させた。水素化後の成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＨとＺｎ（ＮＨ2）2とが、モル比で４：１の割合で生成していた。
【００４８】
（４）実施例４
原料として、窒化物であるＬｉ3ＮとＬｉＭｇＮ（リチウム・マグネシウム複窒化物）とを用い、上記実施例１と同様に混合、成形した後、水素と反応させた。但し、本実施例では、水素との反応条件を、水素ガス圧３５ＭＰａ、セル内温度２５０℃とした。水素化後の成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＨとＭｇ（ＮＨ2）2とが、モル比で４：１の割合で生成していた。
【００４９】
（５）実施例５
原料として、錯体水素化物であるＬｉＮＨ2と窒化物であるＭｇ3Ｎ2とを用い、上記実施例１と同様に混合、成形した後、水素と反応させた。但し、本実施例では、水素との反応条件を、水素ガス圧３５ＭＰａ、セル内温度３５０℃とした。水素化後の成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＨとＭｇ（ＮＨ2）2とが、モル比で４：３の割合で生成していた。
【００５０】
（６）実施例６
原料として、錯体水素化物であるＬｉＮＨ2と窒化物であるＣａ3Ｎ2とを用い、上記実施例１と同様に混合、成形した後、水素と反応させた。但し、本実施例では、水素との反応条件を、水素ガス圧２５ＭＰａ、セル内温度３００℃とした。水素化後の成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＨとＣａ（ＮＨ2）2とが、モル比で４：３の割合で生成していた。
【００５１】
（７）実施例７
原料として、錯体水素化物であるＬｉＮＨ2と窒化物であるＺｎ3Ｎ2とを用い、上記実施例１と同様に混合、成形した後、水素と反応させた。但し、本実施例では、水素との反応条件を、水素ガス圧２５ＭＰａ、セル内温度３００℃とした。水素化後の成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＨとＺｎ（ＮＨ2）2とが、モル比で４：３の割合で生成していた。
【００５２】
（８）実施例８
原料としてＬｉ3ＢＮ2を用いた。まず、粉末状のＬｉ3ＢＮ2を油圧プレスによりφ１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状に成形し、この成形体をステンレス鋼製のセルに収容し、セル内を真空引きした。次に、セル内に水素ガスを導入し、水素ガス圧を５０ＭＰａとした。さらに、セル内の温度を３５０℃まで昇温し、この状態で約２時間保持した。その後、成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＢＨ4とＬｉＮＨ2とが、モル比で１：２の割合で生成していた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可逆的に水素の貯蔵、取出しが可能な水素貯蔵方法、および水素貯蔵物質に関する。また、そのような水素貯蔵物質を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の排出による地球の温暖化等の環境問題や、石油資源の枯渇等のエネルギー問題から、クリーンな代替エネルギーとして水素エネルギーが注目されている。水素エネルギーの実用化にむけて、水素を安全に貯蔵、輸送する技術の開発が重要となる。水素の貯蔵方法にはいくつかの候補があるが、なかでも水素を貯蔵することのできる水素貯蔵材料を用いる方法が有望である。水素貯蔵材料としては、活性炭、フラーレン、ナノチューブ等の炭素材料や、ＬａＮｉ5、ＴｉＦｅ等の水素吸蔵合金が知られている。また、水素貯蔵量を大きくするという観点から、最も軽い元素であるリチウム（Ｌｉ）を用いた水素貯蔵材料の開発が試みられている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照。）。
【特許文献１】特表２００２−５２６６５８号公報
【非特許文献１】P.Chen、他４名、“Interaction of hydrogen with metal nitrides and imides”、「Nature」、２００２年、vol.４２０／２１、p.３０２〜３０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、水素吸蔵合金では、金属や合金が水素を吸蔵して水素化物となる。このように、従来の水素貯蔵材料は、合金等の材料とその水素化物との間で水素をやり取りする。しかし、生成する水素化物の種類は限定されるため、合金等の材料とその水素化物との間では、水素の貯蔵量に限界がある。よって、水素貯蔵材料を、多量の水素を必要とする燃料電池等の水素源として実用化するためには、さらなる改良が必要である。
【０００４】
本発明は、このような実状を鑑みてなされたものであり、多量の水素を貯蔵し、かつ貯蔵された水素を容易に取り出すことのできる水素貯蔵方法、および水素貯蔵物質を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明の第一の水素貯蔵方法は、窒化物および錯体水素化物から選ばれる二種以上の化合物を混合して原料混合物を調製する原料混合物調製工程と、該原料混合物に水素を反応させ、該化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を生成させて水素を貯蔵する水素貯蔵工程と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
本発明の第一の水素貯蔵方法では、窒化物および錯体水素化物から選ばれる二種以上の化合物を混合した原料混合物に、水素を反応させる。原料混合物は、水素と反応することで、原料混合物を構成する化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を生成する。
【０００７】
本発明の第一の水素貯蔵方法で生成される水素化物は、原料となる個々の化合物を、それぞれ水素化して得られる水素化物の集合体ではない。すなわち、本発明の第一の水素貯蔵方法は、原料となる個々の化合物を、それぞれ単に水素化しているのではない。選択された二種以上の化合物を混合した状態で水素化することで、個々の化合物の水素化反応とは異なる反応が進行し、より実用的な条件で水素化物が生成される。このため、例えば、単独では水素化が難しい化合物であっても、水素化し易い化合物と組み合わせることで、水素化が可能となる。
【０００８】
原料混合物と水素との反応メカニズムは明らかではないが、混合の際、各化合物が微細化され、複合化することで、水素との反応が促進されると考えられる。その結果、本発明の第一の水素貯蔵方法では、個々の化合物を単に水素化したのでは実現できない水素貯蔵量を得ることができる。このように、本発明の第一の水素貯蔵方法では、原料混合物と水素との一段の反応で、多量の水素を貯蔵することができる。
【０００９】
また、詳細は後述するが、生成した水素化物から水素を放出させると、水素化物は、原料混合物を構成する各化合物に戻る。したがって、本発明の第一の水素貯蔵方法によれば、多量の水素を可逆的に貯蔵し、取り出すことができる。
【００１０】
（２）本発明の第一の水素貯蔵物質は、窒化物および錯体水素化物から選ばれる二種以上の化合物を混合した原料混合物に水素を反応させて生成され、該化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第一の水素貯蔵物質は、上記本発明の第一の水素貯蔵方法における水素貯蔵工程で生成される水素化物を含む。このため、本発明の第一の水素貯蔵物質は、多量の水素を貯蔵する。よって、本発明の第一の水素貯蔵物質を用いれば、多量の水素を得ることができる。
【００１２】
（３）本発明の第二の水素貯蔵方法は、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む原料化合物に水素を反応させ、該原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる二種以上の水素化物を生成させて水素を貯蔵することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第二の水素貯蔵方法では、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む原料化合物に、水素を反応させる。原料化合物は、水素と反応することで、原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を、二種以上生成する。これより、本発明の第二の水素貯蔵方法では、原料化合物と水素との一段の反応で、多量の水素を貯蔵することが可能となる。
【００１４】
また、詳細は後述するが、生成した水素化物から水素を放出させると、水素化物は原料化合物に戻る。したがって、本発明の第二の水素貯蔵方法によれば、多量の水素を可逆的に貯蔵し、取り出すことができる。
【００１５】
（４）本発明の第二の水素貯蔵物質は、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む原料化合物に水素を反応させて生成され、該原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる二種以上の水素化物を含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第二の水素貯蔵物質は、上記本発明の第二の水素貯蔵方法により生成される水素化物を含む。このため、本発明の第二の水素貯蔵物質は、多量の水素を貯蔵する。よって、本発明の第二の水素貯蔵物質を用いれば、多量の水素を得ることができる。
【００１７】
（５）本発明の燃料電池システムは、上記本発明の第一の水素貯蔵物質あるいは第二の水素貯蔵物質を備えることを特徴とする。上述したように、本発明の第一の水素貯蔵物質あるいは第二の水素貯蔵物質は、多量の水素を貯蔵する。そして、貯蔵された水素は、実用的な条件で放出される。よって、本発明の第一の水素貯蔵物質あるいは第二の水素貯蔵物質を燃料電池の水素供給源として用いることで、実用的な燃料電池システムを構成することができる。また、本発明の第一の水素貯蔵方法あるいは第二の水素貯蔵方法を利用することにより、実用的な燃料電池システムを構成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第一の水素貯蔵方法では、所定の二種以上の化合物からなる原料混合物に水素を反応させ、水素化物を生成させて水素を貯蔵する。また、本発明の第二の水素貯蔵方法では、所定の原料化合物に水素を反応させ、二種以上の水素化物を生成させて水素を貯蔵する。これら本発明の二つの水素貯蔵方法によれば、多量の水素を可逆的に貯蔵し、取り出すことができる。また、本発明の二つの水素貯蔵方法によりそれぞれ生成された本発明の二つの水素貯蔵物質を用いれば、多量の水素を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の水素貯蔵方法、水素貯蔵物質、および燃料電池システムについて詳細に説明する。なお、本発明の水素貯蔵物質については、本発明の水素貯蔵方法の説明の中で述べる。また、本発明の水素貯蔵方法、水素貯蔵物質、および燃料電池システムは、下記の実施形態に限定されるものではない。本発明の水素貯蔵方法、水素貯蔵物質、および燃料電池システムは、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【００２０】
〈第一の水素貯蔵方法〉
本発明の第一の水素貯蔵方法は、原料混合物調製工程と、水素貯蔵工程と、を含む。以下、各工程について順に説明する。
【００２１】
（１）原料混合物調製工程
本工程は、窒化物および錯体水素化物から選ばれる二種以上の化合物を混合して原料混合物を調製する工程である。
【００２２】
窒化物としては、金属あるいは非金属の窒化物を用いればよい。具体的には、窒化リチウム（Ｌｉ3Ｎ）、窒化マグネシウム（Ｍｇ3Ｎ2）、窒化カルシウム（Ｃａ3Ｎ2）、窒化亜鉛（Ｚｎ3Ｎ2）、窒化ニッケル（Ｎｉ3Ｎ2）、窒化ベリリウム（Ｂｅ3Ｎ2）、窒化ナトリウム（ＮａＮ3）、窒化ストロンチウム（Ｓｒ3Ｎ2）等が挙げられる。例えば、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素の窒化物（Ｌｉ3Ｎ、Ｍｇ3Ｎ2、Ｃａ3Ｎ2、Ｂｅ3Ｎ2、ＮａＮ3、Ｓｒ3Ｎ2等）は、水素と反応した場合にアミド（−ＮＨ2）、あるいはイミド（−ＮＨ）を生成し易いため好適である。特に、Ｌｉを含む窒化物は、軽量であるため好適である。この場合、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素の一部が、他の元素で置換された態様であってもよい。置換元素としては、Ｚｎ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｂ等が挙げられる。
【００２３】
錯体水素化物は、ある原子若しくはイオンの周りに水素が結合し原子集団（錯体）を構成した水素化物である。錯体水素化物を構成する陽イオンには、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素を含むことが望ましい。この場合、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素の一部が、他の元素で置換されていてもよい。置換元素としては、Ｚｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｌａ、Ｉｎ等が挙げられる。また、陰イオンとしては、［ＮＨ2］-、［ＮＨ］2-、［ＢＨ4］-、［ＡｌＨ4］-、［ＡｌＨ6］3-等が挙げられる。好適な錯体水素化物として、リチウムアミド（ＬｉＮＨ2）等が挙げられる。
【００２４】
これら窒化物および錯体水素化物から二種以上の化合物を選択して原料とする。窒化物のみから二種以上選択してもよく、錯体水素化物のみから二種以上選択してもよい。また、窒化物と錯体水素化物とからそれぞれ一種以上ずつ選択してもよい。
【００２５】
そして、選択した二種以上の化合物を、所定の混合比で混合し、原料混合物を調製する。混合比は、水素との反応を考慮して適宜決定すればよい。例えば、原料として、Ｌｉ3ＮとＭｇ3Ｎ2とを採用する場合には、Ｌｉ3ＮとＭｇ3Ｎ2とをモル比でｘ：１（２≦ｘ≦６）の割合で混合するとよい。この場合、後述するように、水素化物としてＬｉＨと３Ｍｇ（ＮＨ2）2とがモル比でｘ：１（２≦ｘ≦６）の割合で生成される。特に、Ｌｉ3ＮとＭｇ3Ｎ2とをモル比で４：１の割合で混合すると原料の無駄が少なく効率的である。
【００２６】
化合物の混合は、乳鉢、ボールミル等、通常、混合に使用する手段を用いればよい。水素との反応を促進させるためには、混合の際に化合物を微細化することが望ましい。また、混合は、酸化し難い雰囲気で行うことが望ましい。調製された原料混合物は、粉末状で、あるいは所定の形状に成形した状態で、次工程に供すればよい。
【００２７】
（２）水素貯蔵工程
本工程は、原料混合物調製工程で調製した原料混合物に水素を反応させ、原料混合物を構成する化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を生成させて水素を貯蔵する工程である。
【００２８】
原料混合物と水素との反応条件は、原料混合物を構成する化合物の種類により、適宜決定すればよい。例えば、原料混合物を、水素ガスの圧力０．１〜５０ＭＰａ程度、温度１００〜８００℃程度の条件で、水素と反応させればよい。
【００２９】
原料混合物に水素を反応させると、水素化物が生成する。生成された水素化物は、原料混合物を構成する化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる。生成される水素化物の種類は、原料混合物の組成、水素との反応条件によって異なる。生成される水素化物は、一種類でもよく、あるいは二種類以上であってもよい。本工程で生成された水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
【００３０】
上述したように、生成される水素化物は、原料混合物を構成する個々の化合物を、それぞれ水素化して得られる水素化物の集合体ではない。以下、具体例で説明する。原料混合物がＬｉ3ＮとＭｇ3Ｎ2とから構成されている場合、水素との反応により、リチウム水素化物（ＬｉＨ）、マグネシウムアミド（Ｍｇ（ＮＨ2）2）が生成される。この場合の水素化反応を次式（ａ）に示す。
４Ｌｉ3Ｎ＋Ｍｇ3Ｎ2＋１２Ｈ2→１２ＬｉＨ＋３Ｍｇ（ＮＨ2）2・・・（ａ）
ここで、生成された水素化物は、Ｌｉ、Ｎ、Ｍｇのうちの一つ以上と水素とからなっている。また、Ｌｉ3Ｎ、Ｍｇ3Ｎ2をそれぞれ水素化して得られる水素化物の集合体（ＬｉＨＮ、ＬｉＮＨ2、ＬｉＨ、ＭｇＮＨ、Ｍｇ（ＮＨ2）2、ＭｇＨ2）ではない。
【００３１】
上記具体例の他、本発明の第一の水素貯蔵方法の好適な態様を以下に列挙する。
（ｉ）原料混合物をＬｉ3ＮとＣａ3Ｎ2とから構成し、この原料混合物に水素を反応させて、ＬｉＨおよびカルシウムアミド（Ｃａ（ＮＨ2）2）を生成させる。これら生成した水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
（ｉｉ）原料混合物をＬｉ3ＮとＺｎ3Ｎ2とから構成し、この原料混合物に水素を反応させて、ＬｉＨおよび亜鉛アミド（Ｚｎ（ＮＨ2）2）を生成させる。これら生成した水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
（ｉｉｉ）原料混合物をＬｉ3Ｎとリチウム・マグネシウム複窒化物とから構成し、この原料混合物に水素を反応させて、ＬｉＨおよびＭｇ（ＮＨ2）2を生成させる。これら生成した水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
（ｉＶ）原料混合物をＬｉＮＨ2とＭｇ3Ｎ2とから構成し、この原料混合物に水素を反応させて、ＬｉＨおよびＭｇ（ＮＨ2）2を生成させる。これら生成した水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
（Ｖ）原料混合物をＬｉＮＨ2とリチウム・マグネシウム複窒化物とから構成し、この原料混合物に水素を反応させて、ＬｉＨおよびＭｇ（ＮＨ2）2を生成させる。これら生成した水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
（Ｖｉ）原料混合物をＬｉＮＨ2とＣａ3Ｎ2とから構成し、この原料混合物に水素を反応させて、ＬｉＨおよびＣａ（ＮＨ2）2を生成させる。これら生成した水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
（Ｖｉｉ）原料混合物をＬｉＮＨ2とＺｎ3Ｎ2とから構成し、この原料混合物に水素を反応させて、ＬｉＨおよびＺｎ（ＮＨ2）2を生成させる。これら生成した水素化物は、本発明の第一の水素貯蔵物質となる。
【００３２】
（３）本発明の第一の水素貯蔵方法は、上記二つの工程に加えて、さらに、生成した水素化物から水素を放出させて、該水素化物を原料混合物を構成する化合物に戻す水素放出工程を含む態様を採用することが望ましい。上記水素貯蔵工程で生成した水素化物は、水素を放出した後には、もとの原料混合物に戻る。よって、本工程を加えることで、繰り返し水素の貯蔵、取り出しを行うことができる。
【００３３】
水素の放出条件は、生成した水素化物の種類により、適宜決定すればよい。例えば、水素化物を、真空下、温度５０〜５００℃程度の状態に保持すればよい。
【００３４】
〈第二の水素貯蔵方法〉
（１）本発明の第二の水素貯蔵方法は、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む原料化合物に水素を反応させ、該原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる二種以上の水素化物を生成させて水素を貯蔵する。
【００３５】
原料化合物は、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む化合物であれば、特に限定されるものではない。例えば、Ｎａ3ＡｌＨ6、ＮａＡｌＨ4、ＬｉＡｌＨ4、ＫＡｌＨ4、Ｍｇ（ＡｌＨ4）2、Ｃａ（ＡｌＨ4）2、ＬｉＢＨ4、Ｍｇ（ＢＨ4）2、ＮａＢＮ4、ＫＢＨ4等が挙げられる。また、これらの元素に加えて、窒素を含む化合物を採用するとよい。例えば、リチウムボロナイトライド（Ｌｉ3ＢＮ2）、ナトリウムボロナイトライド（Ｎａ3ＢＮ2、Ｎａ2ＢＮ2）、マグネシウムボロナイトライド（Ｍｇ3Ｂ2Ｎ4）、カルシウムボロナイトライド（Ｃａ3Ｂ2Ｎ4）等が挙げられる。
【００３６】
原料化合物と水素との反応条件は、原料化合物に応じて、適宜決定すればよい。例えば、原料化合物を、水素ガスの圧力０．１〜５０ＭＰａ程度、温度２００〜８００℃程度の条件で、水素と反応させればよい。
【００３７】
原料化合物に水素を反応させると、水素化物が生成する。水素化物は二種類以上生成され、それぞれ原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる。生成された水素化物は、本発明の第二の水素貯蔵物質となる。
【００３８】
以下、具体例で説明する。原料化合物がリチウムボロナイトライドである場合、水素との反応により、リチウムボロハイドライドと、リチウムアミドとが生成される。この場合の水素化反応を次式（ｂ）に示す。
Ｌｉ3ＢＮ2＋４Ｈ2→ＬｉＢＨ4＋２ＬｉＮＨ2・・・（ｂ）
生成された二種類の水素化物は、いずれも、Ｌｉ、Ｂ、Ｎのうちの一つ以上と水素とからなっている。この場合、水素化物として、リチウムボロハイドライドとリチウムアミドとが、モル比で１：ｙ（１≦ｙ≦４）の割合で生成されることが望ましい。特に、両者が１：２の割合で生成されるとよい。
【００３９】
（２）本発明の第二の水素貯蔵方法は、一旦水素を貯蔵させた後、生成した水素化物から水素を放出させて、該水素化物を原料化合物に戻すよう構成することが望ましい。
【００４０】
原料化合物の水素化反応により生成した水素化物は、水素を放出した後には、もとの原料化合物に戻る。よって、貯蔵した水素を放出させることで、繰り返し水素の貯蔵、取り出しを行うことができる。
【００４１】
水素の放出条件は、生成した水素化物の種類により、適宜決定すればよい。例えば、水素化物を、真空下、温度５０〜５００℃程度の状態に保持すればよい。
【００４２】
〈燃料電池システム〉
本発明の燃料電池システムは、上記本発明の第一の水素貯蔵物質あるいは第二の水素貯蔵物質を備える。本発明の燃料電池システムでは、本発明の第一の水素貯蔵物質あるいは第二の水素貯蔵物質を容器に収容し、容器内の温度、圧力を所定の条件に設定することで、容易に多量の水素を得る。得られた水素は燃料電池の燃料として使用される。また、本発明の第一の水素貯蔵物質および第二の水素貯蔵物質は、水素放出後に各々の原料混合物、原料化合物に戻る。よって、本発明の燃料電池システムでは、収容した本発明の第一あるいは第二の水素貯蔵物質から水素を取り出した後、その原料混合物あるいは原料化合物を再度水素化することにより、繰り返し水素の貯蔵、取り出しを行うことが可能となる。
【実施例】
【００４３】
上記実施形態に基づいて、本発明の二つの水素貯蔵方法を実施し、水素の貯蔵、取り出しを行った。以下、実施した各水素貯蔵方法および生成した水素化物について説明する。
【００４４】
（１）実施例１
原料として、窒化物であるＬｉ3ＮとＭｇ3Ｎ2とを用いた。まず、Ｌｉ3ＮとＭｇ3Ｎ2とをモル比で４：１となるよう秤量し、それらをメノウ乳鉢にて約１０分間混合した。得られた原料混合物を、油圧プレスによりφ１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状に成形した。次に、この成形体を、ステンレス鋼製のセルに収容し、セル内を真空引きした。続いて、セル内に水素ガスを導入し、水素ガス圧を１０ＭＰａとした。さらに、セル内の温度を２００℃まで昇温し、この状態で約２時間保持した。その後、成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＨとＭｇ（ＮＨ2）2とが、モル比で４：１の割合で生成していた。次に、この成形体をもとのセルに戻し、真空下、２００℃の状態で保持した。すると、セル内の圧力が上昇した。セル内のガス分析により、成形体から水素ガスが放出されていることが確認された。放出された全水素量は、９．１ｗｔ％（＝［反応した水素の原子量／（原料混合物の原子量＋反応した水素の原子量）×１００］）となった。
【００４５】
このように、本発明の第一の水素貯蔵方法によれば、比較的低温下で、原料混合物と水素との一段の反応により、多量の水素を貯蔵することができ、かつ、多量の水素を取り出すことができる。
【００４６】
（２）実施例２
原料として、窒化物であるＬｉ3ＮとＣａ3Ｎ2とを用い、上記実施例１と同様に混合、成形した後、水素と反応させた。水素化後の成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＨとＣａ（ＮＨ2）2とが、モル比で４：１の割合で生成していた。
【００４７】
（３）実施例３
原料として、窒化物であるＬｉ3ＮとＺｎ3Ｎ2とを用い、上記実施例１と同様に混合、成形した後、水素と反応させた。水素化後の成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＨとＺｎ（ＮＨ2）2とが、モル比で４：１の割合で生成していた。
【００４８】
（４）実施例４
原料として、窒化物であるＬｉ3ＮとＬｉＭｇＮ（リチウム・マグネシウム複窒化物）とを用い、上記実施例１と同様に混合、成形した後、水素と反応させた。但し、本実施例では、水素との反応条件を、水素ガス圧３５ＭＰａ、セル内温度２５０℃とした。水素化後の成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＨとＭｇ（ＮＨ2）2とが、モル比で４：１の割合で生成していた。
【００４９】
（５）実施例５
原料として、錯体水素化物であるＬｉＮＨ2と窒化物であるＭｇ3Ｎ2とを用い、上記実施例１と同様に混合、成形した後、水素と反応させた。但し、本実施例では、水素との反応条件を、水素ガス圧３５ＭＰａ、セル内温度３５０℃とした。水素化後の成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＨとＭｇ（ＮＨ2）2とが、モル比で４：３の割合で生成していた。
【００５０】
（６）実施例６
原料として、錯体水素化物であるＬｉＮＨ2と窒化物であるＣａ3Ｎ2とを用い、上記実施例１と同様に混合、成形した後、水素と反応させた。但し、本実施例では、水素との反応条件を、水素ガス圧２５ＭＰａ、セル内温度３００℃とした。水素化後の成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＨとＣａ（ＮＨ2）2とが、モル比で４：３の割合で生成していた。
【００５１】
（７）実施例７
原料として、錯体水素化物であるＬｉＮＨ2と窒化物であるＺｎ3Ｎ2とを用い、上記実施例１と同様に混合、成形した後、水素と反応させた。但し、本実施例では、水素との反応条件を、水素ガス圧２５ＭＰａ、セル内温度３００℃とした。水素化後の成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＨとＺｎ（ＮＨ2）2とが、モル比で４：３の割合で生成していた。
【００５２】
（８）実施例８
原料としてＬｉ3ＢＮ2を用いた。まず、粉末状のＬｉ3ＢＮ2を油圧プレスによりφ１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状に成形し、この成形体をステンレス鋼製のセルに収容し、セル内を真空引きした。次に、セル内に水素ガスを導入し、水素ガス圧を５０ＭＰａとした。さらに、セル内の温度を３５０℃まで昇温し、この状態で約２時間保持した。その後、成形体を取り出して、構造解析を行ったところ、ＬｉＢＨ4とＬｉＮＨ2とが、モル比で１：２の割合で生成していた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物および錯体水素化物から選ばれる二種以上の化合物を混合して原料混合物を調製する原料混合物調製工程と、
該原料混合物に水素を反応させ、該化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を生成させて水素を貯蔵する水素貯蔵工程と、
を含む水素貯蔵方法。
【請求項２】
さらに、生成した前記水素化物から水素を放出させて、該水素化物を前記原料混合物を構成する前記化合物に戻す水素放出工程を含む請求項１に記載の水素貯蔵方法。
【請求項３】
前記窒化物は、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素を含む請求項１に記載の水素貯蔵方法。
【請求項４】
前記錯体水素化物は、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素を陽イオンとして含む請求項１に記載の水素貯蔵方法。
【請求項５】
前記原料混合物は、窒化リチウムと窒化マグネシウムとからなり、
生成した前記水素化物は、リチウム水素化物およびマグネシウムアミドである請求項１に記載の水素貯蔵方法。
【請求項６】
窒化物および錯体水素化物から選ばれる二種以上の化合物を混合した原料混合物に水素を反応させて生成され、該化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を含む水素貯蔵物質。
【請求項７】
アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む原料化合物に水素を反応させ、該原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる二種以上の水素化物を生成させて水素を貯蔵する水素貯蔵方法。
【請求項８】
水素貯蔵後に、前記水素化物から水素を放出させて、該水素化物を前記原料化合物に戻す請求項７に記載の水素貯蔵方法。
【請求項９】
前記原料化合物は、さらに窒素を含む請求項７に記載の水素貯蔵方法。
【請求項１０】
前記原料化合物は、リチウムボロナイトライドであり、
生成した前記水素化物は、リチウムボロハイドライドおよびリチウムアミドである請求項９に記載の水素貯蔵方法。
【請求項１１】
アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む原料化合物に水素を反応させて生成され、該原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる二種以上の水素化物を含む水素貯蔵物質。
【請求項１２】
請求項６に記載の水素貯蔵物質、あるいは請求項１１に記載の水素貯蔵物質を備える燃料電池システム。
【請求項１】
窒化物および錯体水素化物から選ばれる二種以上の化合物を混合して原料混合物を調製する原料混合物調製工程と、
該原料混合物に水素を反応させ、該化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を生成させて水素を貯蔵する水素貯蔵工程と、
を含む水素貯蔵方法。
【請求項２】
さらに、生成した前記水素化物から水素を放出させて、該水素化物を前記原料混合物を構成する前記化合物に戻す水素放出工程を含む請求項１に記載の水素貯蔵方法。
【請求項３】
前記窒化物は、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素を含む請求項１に記載の水素貯蔵方法。
【請求項４】
前記錯体水素化物は、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素を陽イオンとして含む請求項１に記載の水素貯蔵方法。
【請求項５】
前記原料混合物は、窒化リチウムと窒化マグネシウムとからなり、
生成した前記水素化物は、リチウム水素化物およびマグネシウムアミドである請求項１に記載の水素貯蔵方法。
【請求項６】
窒化物および錯体水素化物から選ばれる二種以上の化合物を混合した原料混合物に水素を反応させて生成され、該化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる水素化物を含む水素貯蔵物質。
【請求項７】
アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む原料化合物に水素を反応させ、該原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる二種以上の水素化物を生成させて水素を貯蔵する水素貯蔵方法。
【請求項８】
水素貯蔵後に、前記水素化物から水素を放出させて、該水素化物を前記原料化合物に戻す請求項７に記載の水素貯蔵方法。
【請求項９】
前記原料化合物は、さらに窒素を含む請求項７に記載の水素貯蔵方法。
【請求項１０】
前記原料化合物は、リチウムボロナイトライドであり、
生成した前記水素化物は、リチウムボロハイドライドおよびリチウムアミドである請求項９に記載の水素貯蔵方法。
【請求項１１】
アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素から選ばれる元素と、アルミニウムまたはホウ素と、を含む原料化合物に水素を反応させて生成され、該原料化合物の構成元素の一種以上と水素とからなる二種以上の水素化物を含む水素貯蔵物質。
【請求項１２】
請求項６に記載の水素貯蔵物質、あるいは請求項１１に記載の水素貯蔵物質を備える燃料電池システム。
【公開番号】特開２００６−８４４６（Ｐ２００６−８４４６Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８７３４２（Ｐ２００４−１８７３４２）
【出願日】平成１６年６月２５日（２００４．６．２５）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２５日（２００４．６．２５）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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