水素貯蔵材料、水素貯蔵器、および水素貯蔵方法
【課題】大量の水素を安全に運搬でき、加熱手段を用いないで供給できる水素供給源が望まれていた。
【解決手段】水素貯蔵器１００は、容器１内に複数の水素貯蔵粒子５０を配置したものである。そして容器１には、水素貯蔵粒子５０を攪拌する攪拌機構２０が備えられている。また、配管途中にバルブＶ１を有する供給口としての通気管１０が接続されている。攪拌機構２０を駆動し、水素貯蔵粒子５０の攪拌を行うことによって、容器１に配置された水素貯蔵粒子５０に形成された酸化膜の除去に応じて継続して水素が容器１内に放出される。その後、放出された水素は、水素ガスＨ2として開放されたバルブＶ１を通り通気管１０から外部へ供給されることによって、水素貯蔵器１００は水素供給源となる。
【解決手段】水素貯蔵器１００は、容器１内に複数の水素貯蔵粒子５０を配置したものである。そして容器１には、水素貯蔵粒子５０を攪拌する攪拌機構２０が備えられている。また、配管途中にバルブＶ１を有する供給口としての通気管１０が接続されている。攪拌機構２０を駆動し、水素貯蔵粒子５０の攪拌を行うことによって、容器１に配置された水素貯蔵粒子５０に形成された酸化膜の除去に応じて継続して水素が容器１内に放出される。その後、放出された水素は、水素ガスＨ2として開放されたバルブＶ１を通り通気管１０から外部へ供給されることによって、水素貯蔵器１００は水素供給源となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素貯蔵材料、水素貯蔵器、および水素貯蔵方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境への配慮などから、水素を利用する機器が開発研究されている。このような機器の一つとして、例えば水素を燃料として使用する燃料電池が知られている。そして、燃料電池の水素供給源として、運搬時の安全性から、例えば特許文献１では水素ボンベに替わって水素貯蔵材料を用いることが提案されている。
【０００３】
特許文献１に開示された技術は、水素透過膜を介して水素貯蔵材料が水素を貯蔵したり放出したりするものであって、具体的に、温度に応じて、水素貯蔵材料を水素化物にして水素を貯蔵したり、逆に水素を離脱したりしやすい材料とする技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２７３７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、ヒーターを用意し、ヒーターの加熱によって水素を放出させている。従って、水素の放出時には、熱エネルギーを利用するため、エネルギー効率が比較的低い手段で水素を放出することになる。このため、結果的に地球環境への貢献度が低下してしまうという課題がある。また、水素の放出場所近辺に加熱手段が存在することから安全性に課題がある。なお、水素を安全に運搬する方法として減圧容器での運搬を行えるＳＤＳ（Safe Delivery Source）があるが、これは１気圧以上の大量の水素ガスを貯蔵することが出来ないという課題がある。従って、大量の水素を安全に運搬でき、加熱手段を用いないで供給できる水素供給源が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］水素を貯蔵することが可能な金属部と、前記金属部の外表面を覆うように形成された酸化膜と、を備え、前記酸化膜が前記金属部の材料と同じ材料を含むことを特徴とする水素貯蔵材料。
【０００８】
この構成によれば、水素を金属部に貯蔵し、貯蔵された水素の放出を酸化膜によって抑制する水素貯蔵材料が得られるので、減圧状態で水素を貯蔵することができる。この結果、例えば、大気中において、水素貯蔵材料を運搬することによって水素を安全に運搬することができる。
【０００９】
［適用例２］上記水素貯蔵材料であって、前記金属部に１０ａｔｍ％（アトミックパーセント）以上の水素が貯蔵されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、水素貯蔵材料の金属部に大量の水素が貯蔵される。従って、水素を大量にかつ減圧状態で安全に運搬することができる。
【００１１】
［適用例３］上記水素貯蔵材料であって、前記酸化膜の膜厚が１ｎｍ（ナノメートル）以上であることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、酸化膜の膜厚は、金属部に水素を閉じ込めておくために必要な厚さを有するので、確実に減圧状態で水素を貯蔵することができる。
【００１３】
［適用例４］上記水素貯蔵材料であって、前記水素貯蔵材料は粒子状に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、金属部の表面積を大きくすることができるので、金属部の単位体積あたりに貯蔵できる水素の量を多くすることができる。
【００１５】
［適用例５］上記水素貯蔵材料であって、前記金属部は、当該金属部の材料と異なる材料からなる芯部を覆うように形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、水素貯蔵材料に金属部の材料と異なる材料からなる芯部を形成するので、金属部を形成する材料の使用量を少なくすることができる。このとき、芯部を形成する材料に、金属部の材料よりも軽い材料や、安価な材料を用いれば、水素貯蔵材料を、軽くあるいは低コストで形成することができる。
【００１７】
［適用例６］上記水素貯蔵材料であって、前記金属部は、タンタル、ニオブ、バナジウムのうちの少なくとも１つの材料で形成されていることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、金属部を形成する材料は、大量に水素を貯蔵することができる材料であるので、例えば大気中において大量の水素を貯蔵することができる。また、それらの材料の酸化膜によって、金属部に貯蔵された大量の水素を、金属部に閉じ込めておくことが出来るので、減圧状態での水素の運搬が可能である。
【００１９】
［適用例７］容器と、前記容器内に配置された上記水素貯蔵材料とを備えることを特徴とする水素貯蔵器。
【００２０】
この構成によれば、水素を貯蔵した水素貯蔵材料を容器内に配置させるので、容器内を減圧状態にしたまま容器内に水素を貯蔵することができる。この結果、水素が高圧状態になっている容器を運搬しなくて済むので、安全に水素を運搬することが可能となる。
【００２１】
［適用例８］上記水素貯蔵器であって、前記容器内に配置された前記水素貯蔵材料の前記酸化膜を除去する除去機構が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、容器内において、除去機構を用いて金属部を覆う酸化膜を除去するので、金属部に貯蔵された水素が水素貯蔵材料外へ放出され、容器内に水素を満たすことができる。この結果、例えば、容器に供給口を設け、その供給口から水素を例えば燃料電池に供給するということが可能となり、水素貯蔵器は水素供給源として機能する。
【００２３】
［適用例９］上記水素貯蔵器であって、前記除去機構は、前記水素貯蔵材料を前記容器内で攪拌する攪拌機構であることを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、水素貯蔵材料を攪拌させることによって水素貯蔵材料が互いに擦れ、それぞれの水素貯蔵材料に形成された酸化膜が除去される。この結果、金属部に貯蔵された水素を、水素貯蔵材料外へ放出することができる。また、攪拌の度合いによって酸化膜の除去具合を調節することができるので、水素の放出量を制御することができる。また、加熱手段を用いず攪拌によって酸化膜を除去するので、熱エネルギーへの変換ロスがなく、また加熱処理を伴わないので安全に水素を放出させることができる。
【００２５】
［適用例１０］上記水素貯蔵器であって、前記容器は、前記水素貯蔵材料が配置された空間領域を複数備え、前記除去機構は、前記水素貯蔵材料が配置された空間領域毎に設けられていることを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、容器内に備えられた複数の空間領域ごとに、水素貯蔵材料に形成された酸化膜を除去機構によって除去することができる。この結果、水素の放出を空間領域ごとに行うことができるので、水素の放出量を制御することが可能である。
【００２７】
［適用例１１］上記水素貯蔵器であって、前記容器内には、前記酸化膜の厚さが異なる前記水素貯蔵材料が、混在して配置されていることを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、除去機構によって酸化膜が除去されるまでの時間が、形成された酸化膜の厚さに応じて異なることになる。この結果、水素貯蔵材料からの水素の放出時期が分散されるので、放出される水素の量を平均化することができる。また、水素の放出の継続時間を長くすることができる。
【００２９】
［適用例１２］上記水素貯蔵器において、前記水素貯蔵材料を、酸素雰囲気に暴露したのち、高圧水素雰囲気に暴露することによって、前記水素貯蔵材料に水素を貯蔵する水素貯蔵方法。
【００３０】
この方法によれば、容器に配置された状態で、水素貯蔵材料に水素を貯蔵させることができる。この結果、容器内の水素貯蔵材料を入れ替えるという面倒な作業を行うことなく、水素を貯蔵することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例の水素貯蔵器の概略構成を示した模式図。
【図２】実施例の水素貯蔵粒子の構成を模式的に示した断面図。
【図３】水素貯蔵粒子の酸化膜が除去された様子を示す模式図。
【図４】水素貯蔵方法を示す処理フローチャート。
【図５】第１変形例の水素貯蔵器の概略構成を示した模式図。
【図６】第２変形例の水素貯蔵器の概略構成を示した模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、以降の説明において用いる図面は、説明のために誇張して図示している場合もあり、必ずしも実際の大きさや長さを示すものでないことは言うまでもない。
【００３３】
（水素貯蔵器の構成）
本発明を適用した一実施例となる水素貯蔵器１００について、図１および図２を用いて説明する。図１は、水素貯蔵器１００の概略構成を示した模式図である。また図２は、図１に示した水素貯蔵器１００に配置されている水素貯蔵材料としての水素貯蔵粒子５０の構成を模式的に示した断面図である。
【００３４】
図１に示すように、本実施例の水素貯蔵器１００は、容器１内の空間領域５に複数の水素貯蔵粒子５０を配置したものである。そして容器１には、水素貯蔵粒子５０を攪拌する攪拌機構２０が備えられている。また、配管途中にバルブＶ１を有する供給口としての通気管１０が接続されている。
【００３５】
容器１は、本実施例では、略円柱の形状を呈し、少なくとも内面が、水素あるいは酸素と分子結合が生じ難い材料（例えば、ステンレスなどの金属材料、あるいは樹脂材料）で形成されている。
【００３６】
攪拌機構２０は、本実施例では、モーターＭ１と、容器１の長手方向つまり円柱の軸方向に配置され、棒や板やプロペラなどの形状を有する攪拌子２５が固定された回転軸２１と、からなる。そして、図示しない駆動信号によって行われるモーターＭ１の回転動作によって回転軸２１が回動し、回転軸２１に固定された攪拌子２５が回転軸２１の周りを回動することで、水素貯蔵粒子５０が攪拌されるように構成されている。そして、水素貯蔵粒子５０が攪拌されると、水素貯蔵粒子５０は互いに擦り合わされるようになっている。
【００３７】
ここで、本実施例の水素貯蔵粒子５０の構成を説明する。本実施例の水素貯蔵粒子５０は、図２に示すように、ほぼ球の粒子形状を有し、芯部５１と金属部５２と酸化膜５３とから構成されている。
【００３８】
金属部５２は、芯部５１を覆うようにして、水素の貯蔵機能を有するタンタル（Ｔａ）を材料とする金属部５２が形成されている。さらに、金属部５２の外表面を覆うように、タンタルの酸化膜（Ｔａ2Ｏ5）５３が形成されている。酸化膜５３は、金属部５２に水素を閉じ込めておく機能を有する。芯部５１は、タンタルとは異なる材料であって、タンタルよりも安価な材料で形成されている。
【００３９】
さて、図２の上側に示した水素貯蔵粒子５０の部分拡大図において、図示するように金属部５２に貯蔵される水素の量は、水素の侵入側となる表層部に多く、深層部には少ない状態が発生することが判明した。そこで、本実施例では、高価な金属であるタンタルの使用量を抑制するために、深層部にあたる芯部をタンタルよりも安価な材料や軽い材料といった異なる材料で形成することとする。こうすることによって、貯蔵する水素の量が少なくなることを抑制しつつ、水素貯蔵粒子５０のコストを低減することができる。従って、芯部５１の材料は、その表面にタンタルを付着させることが可能な材料であって、タンタルよりも安価な材料あるいは軽い材料（例えば、ガラス、鉄、アルミニウムなど）が好ましい。なお、芯部５１は、必ずしも形成する必要はない。
【００４０】
なお、本実施例の水素貯蔵粒子５０におけるタンタルの酸化膜５３は、水素を金属部５２に留めておく機能を有する。従って、この機能を顕著にするために、タンタルの酸化膜５３の膜厚Ｄｓは１ｎｍ（ナノメートル）以上であることが好ましい。また、金属部５２は、金属部５２の体積の４００倍〜１０００倍程度の水素の量を貯蔵することができるので、金属部５２の層厚Ｄｋは、表層部に多く貯蔵することを踏まえ、水素貯蔵粒子５０の粒径Ｄｄと、貯蔵する水素の量とに応じて設定することが好ましい。
【００４１】
（水素放出の原理）
次に、水素の放出原理について、図３を用いて説明する。図３は、図２に示した拡大図において、酸化膜５３が除去された様子を示す模式図である。
【００４２】
さて、本実施例の水素貯蔵器１００では、前述するように攪拌機構２０の駆動によって水素貯蔵粒子５０が攪拌され、水素貯蔵粒子５０は互いに擦り合わされる。すると、擦り合わされた水素貯蔵粒子５０は、その外表面に形成された酸化膜５３が削られ、ついには除去されて、図３に示すように部分的に金属部５２が露出する。すると、金属部５２に貯蔵されていた水素は、水素の放出を防止する機能を有していた酸化膜５３が除去されたことから、露出した金属部５２の表面から放出される（図中矢印）。この水素の放出現象については、本発明者らの発表論文「Japanese Journal of Applied Physics、Vol.47、No.1、2008、P.649-652、Fig.3」に開示されている。
【００４３】
従って、水素貯蔵器１００において、酸化膜５３の除去機構となる攪拌機構２０を継続して駆動し、水素貯蔵粒子５０の攪拌を行うことによって、容器１に配置された水素貯蔵粒子５０から、形成された酸化膜の除去に応じて継続して水素が容器１内に放出される。その後、放出された水素は、水素ガスＨ2として開放されたバルブＶ１を通り通気管１０から外部へ供給されることによって、水素貯蔵器１００は水素供給源として機能する。
【００４４】
このように、水素貯蔵器１００は、攪拌動作を継続することによって水素を供給するが、もとより容器１に配置された水素貯蔵粒子５０の総てから、金属部５２に貯蔵された水素が放出された時点で、水素供給源としての機能が終了する。従って、水素貯蔵器１００を再び水素供給源となるようにする必要がある。
【００４５】
そこで本実施例では、酸化膜５３が除去され、水素の放出が終了した水素貯蔵粒子５０に対して、水素貯蔵粒子５０が容器１内に配置されたままの状態で再び水素を貯蔵させる。この方法について、図４を参照して説明する。図４は、水素貯蔵方法を示す処理フローチャートである。
【００４６】
（水素の貯蔵方法）
この処理では、まず容器から残留物質を排出する（ステップＳ１０１）。ここでは、容器１内に残っている水素貯蔵粒子５０以外の残留物質、すなわち通気管１０から外部へ排出されずに残っている水素や、除去された酸化膜などを通気管１０から真空圧によって吸引する。もとより、容器１は、大気圧で変形しない強度を有するように形成されている。
【００４７】
次に、容器内に酸素を注入する（ステップＳ１０２）。ここでは、バルブＶ１を開放状態として容器１内を大気に曝すこととしてもよいし、別途酸素ガスを通気管１０から注入することとしてもよい。なお、このとき、金属部５２の外表面に少なくとも１ｎｍの厚さの酸化膜５３が形成される時間、水素貯蔵粒子５０が酸素に曝されるようにすることが好ましい。
【００４８】
次に、容器から酸素を排出する（ステップＳ１０３）。ここでは、容器１内に残っている酸素ガスあるいは大気を、通気管１０から真空圧によって吸引する。
【００４９】
次に、容器内に高圧水素ガスを注入する（ステップＳ１０４）。ここでは、容器１内に高圧の水素ガスを通気管１０から注入して、バルブＶ１を閉める。こうすることによって容器１内に充填された高圧の水素ガスは、水素貯蔵粒子５０の酸化膜５３を通過して金属部５２に入り込んで貯蔵される。もとより、容器１は、注入される水素ガスの圧力に耐えるように形成されている。
【００５０】
その後、容器内の減圧を確認する（ステップＳ１０５）。容器１内の圧力が、水素ガスが充填された時点の高圧状態から減圧状態になれば、水素が金属部５２に貯蔵されたことになり、水素の貯蔵処理が終了する。ここで、容器１に図示しない圧力計を備えて減圧状態を確認することとしてもよいし、高圧水素ガスの注入後、通気管１０に圧力計を接続してバルブＶ１を開放して確認することとしても差し支えない。
【００５１】
この水素貯蔵方法によれば、容器１に水素貯蔵粒子５０を配置した状態で、水素貯蔵粒子５０に水素を貯蔵させることができる。この結果、容器１内の水素貯蔵粒子５０を入れ替えるという面倒な作業を行うことなく、水素を貯蔵することができる。
【００５２】
以上本実施例の水素貯蔵器１００によれば、水素を貯蔵した水素貯蔵粒子５０を容器１内に配置させるので、容器１内が減圧状態で水素を貯蔵することができる。この結果、水素が高圧状態になっている容器１を運搬しなくて済むので、安全に水素を運搬することが可能となる。また、水素貯蔵粒子５０を攪拌させることによって、金属部５２に貯蔵された水素を加熱手段を用いず攪拌によって放出させるので、熱エネルギーへの変換ロスがなく、また安全に水素を放出させることができる。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。以下、変形例を挙げて説明する。
【００５４】
（第１変形例）
上記実施例では、図１に示したように、容器１内には１つの空間領域を備え、この１つの空間領域において、配置した水素貯蔵粒子５０を攪拌して水素を放出することとしたが、必ずしもこれに限らず、容器１内に複数の空間領域を備えることとしてもよい。本変形例の一例として、容器１内に空間領域を２つ備えた水素貯蔵器１００ａについて、図５を用いて説明する。図５は、本変形例の水素貯蔵器１００ａの概略構成を示した模式図である。
【００５５】
図示するように、本変形例の水素貯蔵器１００ａは、容器１内に２つの空間領域５ａと空間領域５ｂとを備えたものである。そして各空間領域５ａ，５ｂには、それぞれ複数の水素貯蔵粒子５０が配置され、それぞれ配置された水素貯蔵粒子５０を攪拌する攪拌機構２０と攪拌機構３０とがそれぞれ備えられている。
【００５６】
容器１において、空間領域５ａには、通気管１１が接続され、これとバルブＶ１を介して通気管１２が接続されている。また、空間領域５ｂには、通気管１６が接続され、これとバルブＶ３を介して通気管１７が接続されている。そして、通気管１５が、バルブＶ２を介して通気管１１と、バルブＶ４を介して通気管１６と、それぞれ接続されている。なお、容器１は、上記実施例と同様に略円柱の形状を呈し、少なくとも内面が、水素および酸素と分子結合を生じ難い材料で形成されている。
【００５７】
攪拌機構２０は、上記実施例と同様に、モーターＭ１と、容器１の長手方向つまり円柱の軸方向に配置され、棒や板やプロペラなどの形状を有する攪拌子２５が固定された回転軸２１と、からなる。そして、図示しない駆動信号によって行われるモーターＭ１の回転動作によって回転軸２１が回動し、回転軸２１に固定された攪拌子２５が回転軸２１の周りを回動することで、空間領域５ａに配置された水素貯蔵粒子５０が攪拌されるように構成されている。
【００５８】
一方、攪拌機構３０は、攪拌機構２０と同様に、モーターＭ２と、容器１の長手方向つまり円柱の軸方向に配置され、棒や板やプロペラなどの形状を有する攪拌子３５が固定された回転軸３１と、からなる。そして、図示しない駆動信号によって行われるモーターＭ２の回転動作によって回転軸３１が回動し、回転軸３１に固定された攪拌子３５が回転軸３１の周りを回動することで、空間領域５ｂに配置された水素貯蔵粒子５０が攪拌されるように構成されている。
【００５９】
本変形例では、このように空間領域５ａにおける攪拌と、空間領域５ｂにおける攪拌とを、それぞれ独立して行うように構成されている。この構成によれば、容器１内に備えられた２つの空間領域ごとに、水素貯蔵粒子５０に形成された酸化膜５３をそれぞれの攪拌機構によって除去することができる。この結果、水素の放出を空間領域ごとに行うことができるので、水素の放出量を制御することが可能である。
【００６０】
例えば、水素の放出を２つの空間領域５ａ，５ｂから行う場合は、バルブＶ１とバルブＶ３とを閉め、バルブＶ２とバルブＶ４とを開けることによって、通気管１５から水素ガスを供給することができる。また、水素の放出を空間領域５ａのみから行う場合は、バルブＶ１とバルブＶ３とバルブＶ４とを閉め、バルブＶ２を開けることによって、通気管１５から水素ガスを供給することができる。逆に、水素の放出を空間領域５ｂのみから行う場合は、バルブＶ１とバルブＶ２とバルブＶ３を閉め、バルブＶ４を開けることによって、通気管１５から水素ガスを供給することができる。こうして、水素の放出量を制御することが可能である。
【００６１】
さらに、本変形例では、一方の空間領域において水素の放出を行っている間に、水素の放出が終了した他方の空間領域における水素貯蔵粒子５０に、再び水素を貯蔵する処理を行うことが可能である。
【００６２】
例えば、空間領域５ａにおいて水素の放出が終了し、空間領域５ｂからのみ水素ガスＨ2を通気管１５から供給している状態である場合は、バルブＶ２を閉めたのち、空間領域５ａにおける水素貯蔵粒子５０に、バルブＶ１の開閉動作を行いながら、通気管１１と通気管１２とを用いて再び水素を貯蔵する処理を行うのである。同様に、空間領域５ｂにおいて水素の放出が終了し、空間領域５ａからのみ水素ガスＨ2を通気管１５から供給している状態である場合は、バルブＶ４を閉めたのち、空間領域５ｂにおける水素貯蔵粒子５０に、バルブＶ３の開閉動作を行いながら、通気管１６と通気管１７とを用いて再び水素を貯蔵する処理を行うのである。
【００６３】
このとき、空間領域５ａまたは空間領域５ｂにおいて行われる水素の貯蔵処理方法は、上述した上記実施例の水素貯蔵器１００における貯蔵処理（図４参照）と同じ処理を行えばよく、従ってここではその説明を省略する。
【００６４】
（第２変形例）
上記実施例では、水素貯蔵材料を粒子形状としたが、これに限らず、例えば、平板形状であってもよい。この場合は、酸化膜の除去機構としては、攪拌機構に替わる除去機構とすることが好ましい。本変形例の一例を図６を用いて説明する。図６は、本変形例の水素貯蔵器１００ｂの概略構成を示した模式図である。
【００６５】
図６に示すように、本変形例の水素貯蔵器１００ｂは、容器１内に平板形状の水素貯蔵板６０を複数枚配置したものである。そして容器１には、水素貯蔵板６０の表面を擦って、表面に形成された酸化膜を除去する除去機構として擦り機構４０が備えられている。また、配管途中にバルブＶ１を有する供給口としての通気管１０が接続されている。なお、容器１は、上記実施例と同様、略円柱の形状を呈し、少なくとも内面が、水素あるいは酸素と分子結合を生じ難い材料で形成されている。
【００６６】
水素貯蔵板６０は、中心部に穴が空いたドーナツ状の円盤形状を有し、少なくとも一方の面にタンタルからなる金属部とその表面にタンタル酸化膜が形成されている。なお、金属部には水素が貯蔵されている。そして、図示しない保持部によって容器１に固定されている。
【００６７】
擦り機構４０は、本変形例では、モーターＭ１と、モーターＭ１の回転に伴って回動する回転軸４１と、回転軸４１の所定場所に固定された接触子４６とから構成されている。回転軸４１は、水素貯蔵板６０の中心部の穴を貫通し、容器１の長手方向つまり円柱の軸方向に配置されている。接触子４６は、水素貯蔵板６０の表面に形成された酸化膜と接触状態で対向させた酸化膜の除去手段（例えばワイヤーブラシ）が形成されている。そして、図示しない駆動信号によって行われるモーターＭ１の回転動作によって回転軸４１が回動し、回転軸４１に固定された接触子４６が回転軸４１の周りを回動することで、水素貯蔵板６０の表面に形成された酸化膜を擦って削るように構成されている。
【００６８】
従って、水素貯蔵器１００ｂにおいて、継続して接触子４６を回動し、水素貯蔵板６０の表面を擦ることによって、容器１に配置された水素貯蔵板６０の表面に形成された酸化膜の除去に応じて、金属部に貯蔵された水素が容器内に放出される。その後、放出された水素は、開放されたバルブＶ１を通り通気管１０から水素ガスＨ2として外部へ供給されることによって、水素貯蔵器１００ｂは水素供給源となる。
【００６９】
なお、水素貯蔵器１００ｂにおいても、容器１に配置された水素貯蔵板６０の総てから、貯蔵された水素が放出された時点で、水素供給源としての機能が終了する。従って、この場合、上記実施例と同様に、水素貯蔵器１００ｂを再び水素供給源となるように、水素貯蔵処理を行えばよい。
【００７０】
なお、本変形例において、水素貯蔵板６０の両面に金属部５２と酸化膜５３とをそれぞれ形成するようにしても勿論よい。こうすれば、水素の貯蔵量と放出量を多くすることができる。この場合、擦り機構４０は、水素貯蔵板６０の両面を擦るように構成することが好ましい。
【００７１】
（その他の変形例）
上記実施例では、水素貯蔵粒子５０の形状を、略球形であるとしたが、これに限るものでないことは勿論である。例えば、楕円体形状であってもよい。また、立方体や四面体などの多角体形状であってもよい。あるいは、円柱や三角柱など柱状形状であってもよい。さらに、これらを組み合わせた異形形状であっても差し支えない。なお、粒子の大きさは、攪拌性と水素の貯蔵量とから最大外径寸法が２〜５ｍｍ程度が好ましいが、特にこれに限定するものでない。
【００７２】
また、上記実施例では水素貯蔵材料としての水素貯蔵粒子５０の金属部を、また上記変形例では水素貯蔵材料としての水素貯蔵板６０の金属部を、タンタルで形成することとしたが、これに限るものでないことは勿論である。例えば、タンタルと同様に水素貯蔵機能を有するニオブあるいはバナジウムで形成することとしてもよい。あるいは、タンタル、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）のうちのいずれか２つの混合（合金）材料で形成することとしてもよいし、これら３つの総ての混合（合金）材料で形成することとしてもよい。もとより、この場合、水素貯蔵材料が備える酸化膜は、金属部が形成される材料のそれぞれの酸化膜である。
【００７３】
また、上記実施例あるいは上記変形例において、容器１内に、形成される酸化膜の膜厚が異なる水素貯蔵材料（水素貯蔵粒子５０、水素貯蔵板６０）が、混在して配置されていることとしてもよい。例えば、酸化膜の膜厚が１ｎｍと２ｎｍの水素貯蔵材料を混在させたり、酸化膜の膜厚が１ｎｍと２ｎｍと３ｎｍの水素貯蔵材料を混在させたりするのである。こうすれば、前述の説明から明らかなように、除去機構によって酸化膜が除去されるまでの時間が、形成された酸化膜の厚さに応じて異なることになる。この結果、水素貯蔵材料からの水素の放出時期が分散されるので、放出される水素の量を平均化することができる。また、水素の放出の継続時間を長くすることができる。
【００７４】
また、上記実施例あるいは変形例において、容器１に酸化膜の除去機構を備えるものとして説明したが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、容器１を回転させたり振動させたりして、容器１内に配置された水素貯蔵材料を動かすことによって、互いに擦れあったり容器１の内壁との間で擦れたりして、水素貯蔵材料の表面に形成された酸化膜を除去することが可能である。このような場合は、容器１に除去機構を備えないこととしても差し支えない。
【符号の説明】
【００７５】
１…容器、５ａ，５ｂ…空間領域、１０，１１，１２，１５，１６，１７…通気管、２０…攪拌機構、２１…回転軸、２５…攪拌子、３０…攪拌機構、３１…回転軸、３５…攪拌子、４０…擦り機構、４１…回転軸、４６…接触子、５０…水素貯蔵粒子、５１…芯部、５２…金属部、５３…酸化膜、６０…水素貯蔵板、１００，１００ａ，１００ｂ…水素貯蔵器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素貯蔵材料、水素貯蔵器、および水素貯蔵方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境への配慮などから、水素を利用する機器が開発研究されている。このような機器の一つとして、例えば水素を燃料として使用する燃料電池が知られている。そして、燃料電池の水素供給源として、運搬時の安全性から、例えば特許文献１では水素ボンベに替わって水素貯蔵材料を用いることが提案されている。
【０００３】
特許文献１に開示された技術は、水素透過膜を介して水素貯蔵材料が水素を貯蔵したり放出したりするものであって、具体的に、温度に応じて、水素貯蔵材料を水素化物にして水素を貯蔵したり、逆に水素を離脱したりしやすい材料とする技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２７３７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、ヒーターを用意し、ヒーターの加熱によって水素を放出させている。従って、水素の放出時には、熱エネルギーを利用するため、エネルギー効率が比較的低い手段で水素を放出することになる。このため、結果的に地球環境への貢献度が低下してしまうという課題がある。また、水素の放出場所近辺に加熱手段が存在することから安全性に課題がある。なお、水素を安全に運搬する方法として減圧容器での運搬を行えるＳＤＳ（Safe Delivery Source）があるが、これは１気圧以上の大量の水素ガスを貯蔵することが出来ないという課題がある。従って、大量の水素を安全に運搬でき、加熱手段を用いないで供給できる水素供給源が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］水素を貯蔵することが可能な金属部と、前記金属部の外表面を覆うように形成された酸化膜と、を備え、前記酸化膜が前記金属部の材料と同じ材料を含むことを特徴とする水素貯蔵材料。
【０００８】
この構成によれば、水素を金属部に貯蔵し、貯蔵された水素の放出を酸化膜によって抑制する水素貯蔵材料が得られるので、減圧状態で水素を貯蔵することができる。この結果、例えば、大気中において、水素貯蔵材料を運搬することによって水素を安全に運搬することができる。
【０００９】
［適用例２］上記水素貯蔵材料であって、前記金属部に１０ａｔｍ％（アトミックパーセント）以上の水素が貯蔵されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、水素貯蔵材料の金属部に大量の水素が貯蔵される。従って、水素を大量にかつ減圧状態で安全に運搬することができる。
【００１１】
［適用例３］上記水素貯蔵材料であって、前記酸化膜の膜厚が１ｎｍ（ナノメートル）以上であることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、酸化膜の膜厚は、金属部に水素を閉じ込めておくために必要な厚さを有するので、確実に減圧状態で水素を貯蔵することができる。
【００１３】
［適用例４］上記水素貯蔵材料であって、前記水素貯蔵材料は粒子状に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、金属部の表面積を大きくすることができるので、金属部の単位体積あたりに貯蔵できる水素の量を多くすることができる。
【００１５】
［適用例５］上記水素貯蔵材料であって、前記金属部は、当該金属部の材料と異なる材料からなる芯部を覆うように形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、水素貯蔵材料に金属部の材料と異なる材料からなる芯部を形成するので、金属部を形成する材料の使用量を少なくすることができる。このとき、芯部を形成する材料に、金属部の材料よりも軽い材料や、安価な材料を用いれば、水素貯蔵材料を、軽くあるいは低コストで形成することができる。
【００１７】
［適用例６］上記水素貯蔵材料であって、前記金属部は、タンタル、ニオブ、バナジウムのうちの少なくとも１つの材料で形成されていることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、金属部を形成する材料は、大量に水素を貯蔵することができる材料であるので、例えば大気中において大量の水素を貯蔵することができる。また、それらの材料の酸化膜によって、金属部に貯蔵された大量の水素を、金属部に閉じ込めておくことが出来るので、減圧状態での水素の運搬が可能である。
【００１９】
［適用例７］容器と、前記容器内に配置された上記水素貯蔵材料とを備えることを特徴とする水素貯蔵器。
【００２０】
この構成によれば、水素を貯蔵した水素貯蔵材料を容器内に配置させるので、容器内を減圧状態にしたまま容器内に水素を貯蔵することができる。この結果、水素が高圧状態になっている容器を運搬しなくて済むので、安全に水素を運搬することが可能となる。
【００２１】
［適用例８］上記水素貯蔵器であって、前記容器内に配置された前記水素貯蔵材料の前記酸化膜を除去する除去機構が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、容器内において、除去機構を用いて金属部を覆う酸化膜を除去するので、金属部に貯蔵された水素が水素貯蔵材料外へ放出され、容器内に水素を満たすことができる。この結果、例えば、容器に供給口を設け、その供給口から水素を例えば燃料電池に供給するということが可能となり、水素貯蔵器は水素供給源として機能する。
【００２３】
［適用例９］上記水素貯蔵器であって、前記除去機構は、前記水素貯蔵材料を前記容器内で攪拌する攪拌機構であることを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、水素貯蔵材料を攪拌させることによって水素貯蔵材料が互いに擦れ、それぞれの水素貯蔵材料に形成された酸化膜が除去される。この結果、金属部に貯蔵された水素を、水素貯蔵材料外へ放出することができる。また、攪拌の度合いによって酸化膜の除去具合を調節することができるので、水素の放出量を制御することができる。また、加熱手段を用いず攪拌によって酸化膜を除去するので、熱エネルギーへの変換ロスがなく、また加熱処理を伴わないので安全に水素を放出させることができる。
【００２５】
［適用例１０］上記水素貯蔵器であって、前記容器は、前記水素貯蔵材料が配置された空間領域を複数備え、前記除去機構は、前記水素貯蔵材料が配置された空間領域毎に設けられていることを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、容器内に備えられた複数の空間領域ごとに、水素貯蔵材料に形成された酸化膜を除去機構によって除去することができる。この結果、水素の放出を空間領域ごとに行うことができるので、水素の放出量を制御することが可能である。
【００２７】
［適用例１１］上記水素貯蔵器であって、前記容器内には、前記酸化膜の厚さが異なる前記水素貯蔵材料が、混在して配置されていることを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、除去機構によって酸化膜が除去されるまでの時間が、形成された酸化膜の厚さに応じて異なることになる。この結果、水素貯蔵材料からの水素の放出時期が分散されるので、放出される水素の量を平均化することができる。また、水素の放出の継続時間を長くすることができる。
【００２９】
［適用例１２］上記水素貯蔵器において、前記水素貯蔵材料を、酸素雰囲気に暴露したのち、高圧水素雰囲気に暴露することによって、前記水素貯蔵材料に水素を貯蔵する水素貯蔵方法。
【００３０】
この方法によれば、容器に配置された状態で、水素貯蔵材料に水素を貯蔵させることができる。この結果、容器内の水素貯蔵材料を入れ替えるという面倒な作業を行うことなく、水素を貯蔵することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例の水素貯蔵器の概略構成を示した模式図。
【図２】実施例の水素貯蔵粒子の構成を模式的に示した断面図。
【図３】水素貯蔵粒子の酸化膜が除去された様子を示す模式図。
【図４】水素貯蔵方法を示す処理フローチャート。
【図５】第１変形例の水素貯蔵器の概略構成を示した模式図。
【図６】第２変形例の水素貯蔵器の概略構成を示した模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、以降の説明において用いる図面は、説明のために誇張して図示している場合もあり、必ずしも実際の大きさや長さを示すものでないことは言うまでもない。
【００３３】
（水素貯蔵器の構成）
本発明を適用した一実施例となる水素貯蔵器１００について、図１および図２を用いて説明する。図１は、水素貯蔵器１００の概略構成を示した模式図である。また図２は、図１に示した水素貯蔵器１００に配置されている水素貯蔵材料としての水素貯蔵粒子５０の構成を模式的に示した断面図である。
【００３４】
図１に示すように、本実施例の水素貯蔵器１００は、容器１内の空間領域５に複数の水素貯蔵粒子５０を配置したものである。そして容器１には、水素貯蔵粒子５０を攪拌する攪拌機構２０が備えられている。また、配管途中にバルブＶ１を有する供給口としての通気管１０が接続されている。
【００３５】
容器１は、本実施例では、略円柱の形状を呈し、少なくとも内面が、水素あるいは酸素と分子結合が生じ難い材料（例えば、ステンレスなどの金属材料、あるいは樹脂材料）で形成されている。
【００３６】
攪拌機構２０は、本実施例では、モーターＭ１と、容器１の長手方向つまり円柱の軸方向に配置され、棒や板やプロペラなどの形状を有する攪拌子２５が固定された回転軸２１と、からなる。そして、図示しない駆動信号によって行われるモーターＭ１の回転動作によって回転軸２１が回動し、回転軸２１に固定された攪拌子２５が回転軸２１の周りを回動することで、水素貯蔵粒子５０が攪拌されるように構成されている。そして、水素貯蔵粒子５０が攪拌されると、水素貯蔵粒子５０は互いに擦り合わされるようになっている。
【００３７】
ここで、本実施例の水素貯蔵粒子５０の構成を説明する。本実施例の水素貯蔵粒子５０は、図２に示すように、ほぼ球の粒子形状を有し、芯部５１と金属部５２と酸化膜５３とから構成されている。
【００３８】
金属部５２は、芯部５１を覆うようにして、水素の貯蔵機能を有するタンタル（Ｔａ）を材料とする金属部５２が形成されている。さらに、金属部５２の外表面を覆うように、タンタルの酸化膜（Ｔａ2Ｏ5）５３が形成されている。酸化膜５３は、金属部５２に水素を閉じ込めておく機能を有する。芯部５１は、タンタルとは異なる材料であって、タンタルよりも安価な材料で形成されている。
【００３９】
さて、図２の上側に示した水素貯蔵粒子５０の部分拡大図において、図示するように金属部５２に貯蔵される水素の量は、水素の侵入側となる表層部に多く、深層部には少ない状態が発生することが判明した。そこで、本実施例では、高価な金属であるタンタルの使用量を抑制するために、深層部にあたる芯部をタンタルよりも安価な材料や軽い材料といった異なる材料で形成することとする。こうすることによって、貯蔵する水素の量が少なくなることを抑制しつつ、水素貯蔵粒子５０のコストを低減することができる。従って、芯部５１の材料は、その表面にタンタルを付着させることが可能な材料であって、タンタルよりも安価な材料あるいは軽い材料（例えば、ガラス、鉄、アルミニウムなど）が好ましい。なお、芯部５１は、必ずしも形成する必要はない。
【００４０】
なお、本実施例の水素貯蔵粒子５０におけるタンタルの酸化膜５３は、水素を金属部５２に留めておく機能を有する。従って、この機能を顕著にするために、タンタルの酸化膜５３の膜厚Ｄｓは１ｎｍ（ナノメートル）以上であることが好ましい。また、金属部５２は、金属部５２の体積の４００倍〜１０００倍程度の水素の量を貯蔵することができるので、金属部５２の層厚Ｄｋは、表層部に多く貯蔵することを踏まえ、水素貯蔵粒子５０の粒径Ｄｄと、貯蔵する水素の量とに応じて設定することが好ましい。
【００４１】
（水素放出の原理）
次に、水素の放出原理について、図３を用いて説明する。図３は、図２に示した拡大図において、酸化膜５３が除去された様子を示す模式図である。
【００４２】
さて、本実施例の水素貯蔵器１００では、前述するように攪拌機構２０の駆動によって水素貯蔵粒子５０が攪拌され、水素貯蔵粒子５０は互いに擦り合わされる。すると、擦り合わされた水素貯蔵粒子５０は、その外表面に形成された酸化膜５３が削られ、ついには除去されて、図３に示すように部分的に金属部５２が露出する。すると、金属部５２に貯蔵されていた水素は、水素の放出を防止する機能を有していた酸化膜５３が除去されたことから、露出した金属部５２の表面から放出される（図中矢印）。この水素の放出現象については、本発明者らの発表論文「Japanese Journal of Applied Physics、Vol.47、No.1、2008、P.649-652、Fig.3」に開示されている。
【００４３】
従って、水素貯蔵器１００において、酸化膜５３の除去機構となる攪拌機構２０を継続して駆動し、水素貯蔵粒子５０の攪拌を行うことによって、容器１に配置された水素貯蔵粒子５０から、形成された酸化膜の除去に応じて継続して水素が容器１内に放出される。その後、放出された水素は、水素ガスＨ2として開放されたバルブＶ１を通り通気管１０から外部へ供給されることによって、水素貯蔵器１００は水素供給源として機能する。
【００４４】
このように、水素貯蔵器１００は、攪拌動作を継続することによって水素を供給するが、もとより容器１に配置された水素貯蔵粒子５０の総てから、金属部５２に貯蔵された水素が放出された時点で、水素供給源としての機能が終了する。従って、水素貯蔵器１００を再び水素供給源となるようにする必要がある。
【００４５】
そこで本実施例では、酸化膜５３が除去され、水素の放出が終了した水素貯蔵粒子５０に対して、水素貯蔵粒子５０が容器１内に配置されたままの状態で再び水素を貯蔵させる。この方法について、図４を参照して説明する。図４は、水素貯蔵方法を示す処理フローチャートである。
【００４６】
（水素の貯蔵方法）
この処理では、まず容器から残留物質を排出する（ステップＳ１０１）。ここでは、容器１内に残っている水素貯蔵粒子５０以外の残留物質、すなわち通気管１０から外部へ排出されずに残っている水素や、除去された酸化膜などを通気管１０から真空圧によって吸引する。もとより、容器１は、大気圧で変形しない強度を有するように形成されている。
【００４７】
次に、容器内に酸素を注入する（ステップＳ１０２）。ここでは、バルブＶ１を開放状態として容器１内を大気に曝すこととしてもよいし、別途酸素ガスを通気管１０から注入することとしてもよい。なお、このとき、金属部５２の外表面に少なくとも１ｎｍの厚さの酸化膜５３が形成される時間、水素貯蔵粒子５０が酸素に曝されるようにすることが好ましい。
【００４８】
次に、容器から酸素を排出する（ステップＳ１０３）。ここでは、容器１内に残っている酸素ガスあるいは大気を、通気管１０から真空圧によって吸引する。
【００４９】
次に、容器内に高圧水素ガスを注入する（ステップＳ１０４）。ここでは、容器１内に高圧の水素ガスを通気管１０から注入して、バルブＶ１を閉める。こうすることによって容器１内に充填された高圧の水素ガスは、水素貯蔵粒子５０の酸化膜５３を通過して金属部５２に入り込んで貯蔵される。もとより、容器１は、注入される水素ガスの圧力に耐えるように形成されている。
【００５０】
その後、容器内の減圧を確認する（ステップＳ１０５）。容器１内の圧力が、水素ガスが充填された時点の高圧状態から減圧状態になれば、水素が金属部５２に貯蔵されたことになり、水素の貯蔵処理が終了する。ここで、容器１に図示しない圧力計を備えて減圧状態を確認することとしてもよいし、高圧水素ガスの注入後、通気管１０に圧力計を接続してバルブＶ１を開放して確認することとしても差し支えない。
【００５１】
この水素貯蔵方法によれば、容器１に水素貯蔵粒子５０を配置した状態で、水素貯蔵粒子５０に水素を貯蔵させることができる。この結果、容器１内の水素貯蔵粒子５０を入れ替えるという面倒な作業を行うことなく、水素を貯蔵することができる。
【００５２】
以上本実施例の水素貯蔵器１００によれば、水素を貯蔵した水素貯蔵粒子５０を容器１内に配置させるので、容器１内が減圧状態で水素を貯蔵することができる。この結果、水素が高圧状態になっている容器１を運搬しなくて済むので、安全に水素を運搬することが可能となる。また、水素貯蔵粒子５０を攪拌させることによって、金属部５２に貯蔵された水素を加熱手段を用いず攪拌によって放出させるので、熱エネルギーへの変換ロスがなく、また安全に水素を放出させることができる。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。以下、変形例を挙げて説明する。
【００５４】
（第１変形例）
上記実施例では、図１に示したように、容器１内には１つの空間領域を備え、この１つの空間領域において、配置した水素貯蔵粒子５０を攪拌して水素を放出することとしたが、必ずしもこれに限らず、容器１内に複数の空間領域を備えることとしてもよい。本変形例の一例として、容器１内に空間領域を２つ備えた水素貯蔵器１００ａについて、図５を用いて説明する。図５は、本変形例の水素貯蔵器１００ａの概略構成を示した模式図である。
【００５５】
図示するように、本変形例の水素貯蔵器１００ａは、容器１内に２つの空間領域５ａと空間領域５ｂとを備えたものである。そして各空間領域５ａ，５ｂには、それぞれ複数の水素貯蔵粒子５０が配置され、それぞれ配置された水素貯蔵粒子５０を攪拌する攪拌機構２０と攪拌機構３０とがそれぞれ備えられている。
【００５６】
容器１において、空間領域５ａには、通気管１１が接続され、これとバルブＶ１を介して通気管１２が接続されている。また、空間領域５ｂには、通気管１６が接続され、これとバルブＶ３を介して通気管１７が接続されている。そして、通気管１５が、バルブＶ２を介して通気管１１と、バルブＶ４を介して通気管１６と、それぞれ接続されている。なお、容器１は、上記実施例と同様に略円柱の形状を呈し、少なくとも内面が、水素および酸素と分子結合を生じ難い材料で形成されている。
【００５７】
攪拌機構２０は、上記実施例と同様に、モーターＭ１と、容器１の長手方向つまり円柱の軸方向に配置され、棒や板やプロペラなどの形状を有する攪拌子２５が固定された回転軸２１と、からなる。そして、図示しない駆動信号によって行われるモーターＭ１の回転動作によって回転軸２１が回動し、回転軸２１に固定された攪拌子２５が回転軸２１の周りを回動することで、空間領域５ａに配置された水素貯蔵粒子５０が攪拌されるように構成されている。
【００５８】
一方、攪拌機構３０は、攪拌機構２０と同様に、モーターＭ２と、容器１の長手方向つまり円柱の軸方向に配置され、棒や板やプロペラなどの形状を有する攪拌子３５が固定された回転軸３１と、からなる。そして、図示しない駆動信号によって行われるモーターＭ２の回転動作によって回転軸３１が回動し、回転軸３１に固定された攪拌子３５が回転軸３１の周りを回動することで、空間領域５ｂに配置された水素貯蔵粒子５０が攪拌されるように構成されている。
【００５９】
本変形例では、このように空間領域５ａにおける攪拌と、空間領域５ｂにおける攪拌とを、それぞれ独立して行うように構成されている。この構成によれば、容器１内に備えられた２つの空間領域ごとに、水素貯蔵粒子５０に形成された酸化膜５３をそれぞれの攪拌機構によって除去することができる。この結果、水素の放出を空間領域ごとに行うことができるので、水素の放出量を制御することが可能である。
【００６０】
例えば、水素の放出を２つの空間領域５ａ，５ｂから行う場合は、バルブＶ１とバルブＶ３とを閉め、バルブＶ２とバルブＶ４とを開けることによって、通気管１５から水素ガスを供給することができる。また、水素の放出を空間領域５ａのみから行う場合は、バルブＶ１とバルブＶ３とバルブＶ４とを閉め、バルブＶ２を開けることによって、通気管１５から水素ガスを供給することができる。逆に、水素の放出を空間領域５ｂのみから行う場合は、バルブＶ１とバルブＶ２とバルブＶ３を閉め、バルブＶ４を開けることによって、通気管１５から水素ガスを供給することができる。こうして、水素の放出量を制御することが可能である。
【００６１】
さらに、本変形例では、一方の空間領域において水素の放出を行っている間に、水素の放出が終了した他方の空間領域における水素貯蔵粒子５０に、再び水素を貯蔵する処理を行うことが可能である。
【００６２】
例えば、空間領域５ａにおいて水素の放出が終了し、空間領域５ｂからのみ水素ガスＨ2を通気管１５から供給している状態である場合は、バルブＶ２を閉めたのち、空間領域５ａにおける水素貯蔵粒子５０に、バルブＶ１の開閉動作を行いながら、通気管１１と通気管１２とを用いて再び水素を貯蔵する処理を行うのである。同様に、空間領域５ｂにおいて水素の放出が終了し、空間領域５ａからのみ水素ガスＨ2を通気管１５から供給している状態である場合は、バルブＶ４を閉めたのち、空間領域５ｂにおける水素貯蔵粒子５０に、バルブＶ３の開閉動作を行いながら、通気管１６と通気管１７とを用いて再び水素を貯蔵する処理を行うのである。
【００６３】
このとき、空間領域５ａまたは空間領域５ｂにおいて行われる水素の貯蔵処理方法は、上述した上記実施例の水素貯蔵器１００における貯蔵処理（図４参照）と同じ処理を行えばよく、従ってここではその説明を省略する。
【００６４】
（第２変形例）
上記実施例では、水素貯蔵材料を粒子形状としたが、これに限らず、例えば、平板形状であってもよい。この場合は、酸化膜の除去機構としては、攪拌機構に替わる除去機構とすることが好ましい。本変形例の一例を図６を用いて説明する。図６は、本変形例の水素貯蔵器１００ｂの概略構成を示した模式図である。
【００６５】
図６に示すように、本変形例の水素貯蔵器１００ｂは、容器１内に平板形状の水素貯蔵板６０を複数枚配置したものである。そして容器１には、水素貯蔵板６０の表面を擦って、表面に形成された酸化膜を除去する除去機構として擦り機構４０が備えられている。また、配管途中にバルブＶ１を有する供給口としての通気管１０が接続されている。なお、容器１は、上記実施例と同様、略円柱の形状を呈し、少なくとも内面が、水素あるいは酸素と分子結合を生じ難い材料で形成されている。
【００６６】
水素貯蔵板６０は、中心部に穴が空いたドーナツ状の円盤形状を有し、少なくとも一方の面にタンタルからなる金属部とその表面にタンタル酸化膜が形成されている。なお、金属部には水素が貯蔵されている。そして、図示しない保持部によって容器１に固定されている。
【００６７】
擦り機構４０は、本変形例では、モーターＭ１と、モーターＭ１の回転に伴って回動する回転軸４１と、回転軸４１の所定場所に固定された接触子４６とから構成されている。回転軸４１は、水素貯蔵板６０の中心部の穴を貫通し、容器１の長手方向つまり円柱の軸方向に配置されている。接触子４６は、水素貯蔵板６０の表面に形成された酸化膜と接触状態で対向させた酸化膜の除去手段（例えばワイヤーブラシ）が形成されている。そして、図示しない駆動信号によって行われるモーターＭ１の回転動作によって回転軸４１が回動し、回転軸４１に固定された接触子４６が回転軸４１の周りを回動することで、水素貯蔵板６０の表面に形成された酸化膜を擦って削るように構成されている。
【００６８】
従って、水素貯蔵器１００ｂにおいて、継続して接触子４６を回動し、水素貯蔵板６０の表面を擦ることによって、容器１に配置された水素貯蔵板６０の表面に形成された酸化膜の除去に応じて、金属部に貯蔵された水素が容器内に放出される。その後、放出された水素は、開放されたバルブＶ１を通り通気管１０から水素ガスＨ2として外部へ供給されることによって、水素貯蔵器１００ｂは水素供給源となる。
【００６９】
なお、水素貯蔵器１００ｂにおいても、容器１に配置された水素貯蔵板６０の総てから、貯蔵された水素が放出された時点で、水素供給源としての機能が終了する。従って、この場合、上記実施例と同様に、水素貯蔵器１００ｂを再び水素供給源となるように、水素貯蔵処理を行えばよい。
【００７０】
なお、本変形例において、水素貯蔵板６０の両面に金属部５２と酸化膜５３とをそれぞれ形成するようにしても勿論よい。こうすれば、水素の貯蔵量と放出量を多くすることができる。この場合、擦り機構４０は、水素貯蔵板６０の両面を擦るように構成することが好ましい。
【００７１】
（その他の変形例）
上記実施例では、水素貯蔵粒子５０の形状を、略球形であるとしたが、これに限るものでないことは勿論である。例えば、楕円体形状であってもよい。また、立方体や四面体などの多角体形状であってもよい。あるいは、円柱や三角柱など柱状形状であってもよい。さらに、これらを組み合わせた異形形状であっても差し支えない。なお、粒子の大きさは、攪拌性と水素の貯蔵量とから最大外径寸法が２〜５ｍｍ程度が好ましいが、特にこれに限定するものでない。
【００７２】
また、上記実施例では水素貯蔵材料としての水素貯蔵粒子５０の金属部を、また上記変形例では水素貯蔵材料としての水素貯蔵板６０の金属部を、タンタルで形成することとしたが、これに限るものでないことは勿論である。例えば、タンタルと同様に水素貯蔵機能を有するニオブあるいはバナジウムで形成することとしてもよい。あるいは、タンタル、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）のうちのいずれか２つの混合（合金）材料で形成することとしてもよいし、これら３つの総ての混合（合金）材料で形成することとしてもよい。もとより、この場合、水素貯蔵材料が備える酸化膜は、金属部が形成される材料のそれぞれの酸化膜である。
【００７３】
また、上記実施例あるいは上記変形例において、容器１内に、形成される酸化膜の膜厚が異なる水素貯蔵材料（水素貯蔵粒子５０、水素貯蔵板６０）が、混在して配置されていることとしてもよい。例えば、酸化膜の膜厚が１ｎｍと２ｎｍの水素貯蔵材料を混在させたり、酸化膜の膜厚が１ｎｍと２ｎｍと３ｎｍの水素貯蔵材料を混在させたりするのである。こうすれば、前述の説明から明らかなように、除去機構によって酸化膜が除去されるまでの時間が、形成された酸化膜の厚さに応じて異なることになる。この結果、水素貯蔵材料からの水素の放出時期が分散されるので、放出される水素の量を平均化することができる。また、水素の放出の継続時間を長くすることができる。
【００７４】
また、上記実施例あるいは変形例において、容器１に酸化膜の除去機構を備えるものとして説明したが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、容器１を回転させたり振動させたりして、容器１内に配置された水素貯蔵材料を動かすことによって、互いに擦れあったり容器１の内壁との間で擦れたりして、水素貯蔵材料の表面に形成された酸化膜を除去することが可能である。このような場合は、容器１に除去機構を備えないこととしても差し支えない。
【符号の説明】
【００７５】
１…容器、５ａ，５ｂ…空間領域、１０，１１，１２，１５，１６，１７…通気管、２０…攪拌機構、２１…回転軸、２５…攪拌子、３０…攪拌機構、３１…回転軸、３５…攪拌子、４０…擦り機構、４１…回転軸、４６…接触子、５０…水素貯蔵粒子、５１…芯部、５２…金属部、５３…酸化膜、６０…水素貯蔵板、１００，１００ａ，１００ｂ…水素貯蔵器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を貯蔵することが可能な金属部と、
前記金属部の外表面を覆うように形成された酸化膜と、
を備え、
前記酸化膜が前記金属部の材料と同じ材料を含むことを特徴とする水素貯蔵材料。
【請求項２】
請求項１に記載の水素貯蔵材料であって、
前記金属部に１０ａｔｍ％（アトミックパーセント）以上の水素が貯蔵されていることを特徴とする水素貯蔵材料。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水素貯蔵材料であって、
前記酸化膜の膜厚が１ｎｍ（ナノメートル）以上であることを特徴とする水素貯蔵材料。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の水素貯蔵材料であって、
前記水素貯蔵材料は粒子状に形成されていることを特徴とする水素貯蔵材料。
【請求項５】
請求項４に記載の水素貯蔵材料であって、
前記金属部は、当該金属部の材料と異なる材料からなる芯部を覆うように形成されていることを特徴とする水素貯蔵材料。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の水素貯蔵材料であって、
前記金属部は、タンタル、ニオブ、バナジウムのうちの少なくとも１つの材料で形成されていることを特徴とする水素貯蔵材料。
【請求項７】
容器と、
前記容器内に配置された請求項１ないし６のいずれか一項に記載の水素貯蔵材料と
を備えることを特徴とする水素貯蔵器。
【請求項８】
請求項７に記載の水素貯蔵器であって、
前記容器内に配置された前記水素貯蔵材料の前記酸化膜を除去する除去機構が設けられていることを特徴とする水素貯蔵器。
【請求項９】
請求項８に記載の水素貯蔵器であって、
前記除去機構は、前記水素貯蔵材料を前記容器内で攪拌する攪拌機構であることを特徴とする水素貯蔵器。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の水素貯蔵器であって、
前記容器は、前記水素貯蔵材料が配置された空間領域を複数備え、前記除去機構は、前記水素貯蔵材料が配置された空間領域毎に設けられていることを特徴とする水素貯蔵器。
【請求項１１】
請求項７ないし１０のいずれか一項に記載の水素貯蔵器であって、
前記容器内には、前記酸化膜の厚さが異なる前記水素貯蔵材料が、混在して配置されていることを特徴とする水素貯蔵器。
【請求項１２】
請求項６ないし１１のいずれか一項に記載の水素貯蔵器において、
前記水素貯蔵材料を、酸素雰囲気に暴露したのち、高圧水素雰囲気に暴露することによって、前記水素貯蔵材料に水素を貯蔵する水素貯蔵方法。
【請求項１】
水素を貯蔵することが可能な金属部と、
前記金属部の外表面を覆うように形成された酸化膜と、
を備え、
前記酸化膜が前記金属部の材料と同じ材料を含むことを特徴とする水素貯蔵材料。
【請求項２】
請求項１に記載の水素貯蔵材料であって、
前記金属部に１０ａｔｍ％（アトミックパーセント）以上の水素が貯蔵されていることを特徴とする水素貯蔵材料。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水素貯蔵材料であって、
前記酸化膜の膜厚が１ｎｍ（ナノメートル）以上であることを特徴とする水素貯蔵材料。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の水素貯蔵材料であって、
前記水素貯蔵材料は粒子状に形成されていることを特徴とする水素貯蔵材料。
【請求項５】
請求項４に記載の水素貯蔵材料であって、
前記金属部は、当該金属部の材料と異なる材料からなる芯部を覆うように形成されていることを特徴とする水素貯蔵材料。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の水素貯蔵材料であって、
前記金属部は、タンタル、ニオブ、バナジウムのうちの少なくとも１つの材料で形成されていることを特徴とする水素貯蔵材料。
【請求項７】
容器と、
前記容器内に配置された請求項１ないし６のいずれか一項に記載の水素貯蔵材料と
を備えることを特徴とする水素貯蔵器。
【請求項８】
請求項７に記載の水素貯蔵器であって、
前記容器内に配置された前記水素貯蔵材料の前記酸化膜を除去する除去機構が設けられていることを特徴とする水素貯蔵器。
【請求項９】
請求項８に記載の水素貯蔵器であって、
前記除去機構は、前記水素貯蔵材料を前記容器内で攪拌する攪拌機構であることを特徴とする水素貯蔵器。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の水素貯蔵器であって、
前記容器は、前記水素貯蔵材料が配置された空間領域を複数備え、前記除去機構は、前記水素貯蔵材料が配置された空間領域毎に設けられていることを特徴とする水素貯蔵器。
【請求項１１】
請求項７ないし１０のいずれか一項に記載の水素貯蔵器であって、
前記容器内には、前記酸化膜の厚さが異なる前記水素貯蔵材料が、混在して配置されていることを特徴とする水素貯蔵器。
【請求項１２】
請求項６ないし１１のいずれか一項に記載の水素貯蔵器において、
前記水素貯蔵材料を、酸素雰囲気に暴露したのち、高圧水素雰囲気に暴露することによって、前記水素貯蔵材料に水素を貯蔵する水素貯蔵方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２０２４７０（Ｐ２０１０−２０２４７０Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５１６１２（Ｐ２００９−５１６１２）
【出願日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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