(57)【要約】      （修正有）【課題】水素化ホウ素ナトリウム溶液を触媒床へ移送し、水素放出後生成する過ホウ酸ナトリウムを取り出す方式において存在する、過ホウ酸ナトリウムがパイプに詰る問題と、水素化ホウ素ナトリウムの水への溶解性の制限とによる水素生成量不十分の問題を解決できる材料を提供する。【解決手段】固体ブロックの形状の固体水素燃料は、固体触媒と十分に混ぜ合わされた水素化物粉末を含む。固体水素燃料を製造する方法は、水素化物粉末及び固体触媒を十分に混ぜ合わせる工程と、混ぜ合わされた粉末を加圧して固体ブロックに形成する工程とを含む。固体水素燃料に水を混ぜて水素ガスを発生させる際、水素化物粉末には固体触媒によって触媒作用が及ぼされ、水素化物粉末が水と反応して水素ガスを発生する。固体水素燃料を用いることによって、大量の水素ガスを有効時間において完全に生成することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体水素燃料を製造する方法であって、
水と反応して水素放出反応を引き起こして水素を生成する少なくとも一つの固体水素化物粉末と、水素放出反応に対して触媒作用を及ぼす少なくとも一つの固体触媒とを準備すること、
前記固体水素化物粉末と前記固体触媒とを十分に混合すること、
十分に混合された前記固体水素化物粉末及び前記固体触媒を固体加圧形成ブロックに形成すること、
を含む、固体水素燃料を製造する方法。
【請求項２】
前記固体水素化物粉末と前記固体触媒とを十分に混合する工程は、ボールミル、ロールミル、シェーカーミル、振動ミル、製粉装置、水平筒ミキサ、垂直筒ミキサ、ダブルコーンミキサ、パドル付き水平筒ミキサ、六角柱ミキサ、八角柱ミキサ、ウォーターチェストナットタイプミキサ、単コーン型ミキサ、内部螺旋刃パドル付き筒型ミキサ、Ｖ型ミキサ、垂直螺旋ミキサ、単軸水平螺旋ミキサ、多軸螺旋ミキサ、単コーンプラネタリ螺旋ミキサ、ダブルコーン螺旋ミキサ、回転円盤型ミキサ、遠心ミキサ、螺旋撹拌ミキサ、両刃エッグビータ、ダブルボール撹拌ミキサ等によって行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記固体触媒及び前記固体水素化物粉末を準備した後、当該方法は、前記固体触媒及び前記固体水素化物粉末を個々に製粉してより小さな粒子にする工程を混合前に更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記固体触媒及び前記固体水素化物粉末を準備した後、前記固体触媒と前記固体水素化物粉末とを、同時に混合及び製粉する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記水素化物粉末と前記固体触媒とを、ジョークラッシャ、旋回粉砕器、ファインクラッシャ、コーンクラッシャ、ロールクラッシャ、インパクトクラッシャ、スニッピングクラッシャ、マルチプルカッティングクラッシャ等の中の一つ、またはボールミル、ロッドミル、シェーカーミル、振動ミル等の中の一つ、または製粉装置の中の一つによって、同時に混合及び製粉する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記固体水素化物粉末は水素化ホウ素ナトリウムである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
第１の固体水素化物粉末、第２の固体水素化物粉末、及び少なくとも一つの前記固体触媒を準備すること、
前記第１及び第２の固体水素化物粉末と、少なくとも一つの前記固体触媒とを十分に混合すること、
十分に混合された前記第１及び第２の固体水素化物粉末及び前記固体触媒を固体加圧形成ブロックに形成し、前記固体水素燃料の前記加圧形成ブロックの総重量に対する前記第２の固体水素化物粉末の割合は０．００１ｗｔ％〜５０ｗｔ％であること、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の固体水素化物粉末は水素化ホウ素ナトリウムであり、
前記第２の水素化物粉末は、水素化アルミニウムリチウム、水素化アルミニウムナトリウム、水素化アルミニウムカリウム、水素化アルミニウムベリリウム、水素化アルミニウムマグネシウム、水素化アルミニウムカルシウム、水素化ホウ素リチウム、水素化ホウ素カリウム、水素化ホウ素ベリリウム、水素化ホウ素マグネシウム、水素化ホウ素カルシウム、水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウム、水素化ベリリウム、水素化マグネシウム、水素化カルシウム、水素化アルミニウム、アンモニアボラン、リチウムアミド、リチウムイミドから成る群から選ばれる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記固体水素燃料の前記加圧形成ブロックの総重量に対する前記固体触媒の割合は、０．０００１ｗｔ％〜５０ｗｔ％であり、前記固体触媒は、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン、及び銅から成る群より選ばれる一つ又は複数を含む複数の固体金属ナノ粒子及び／又はマイクロ粒子である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記固体触媒の平均粒子径は約１ｎｍ〜１００ｍｍであり、
前記固体触媒は、複数の触媒キャリアと、前記触媒キャリアの表面を覆う金属イオン、金属原子、金属ナノ粒子、及びマイクロ粒子の一つ又は複数とを含み、
前記金属イオン、金属原子、金属ナノ粒子、又はマイクロ粒子は、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン、及び銅から成る群より選ばれた一つ又は複数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記固体触媒の約１ｎｍ〜１ｍｍの前記平均粒子径、及び前記粒子径は、製粉処理によって得られる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記製粉処理は、ジョークラッシャ、旋回粉砕器、ファインクラッシャ、コーンクラッシャ、ロールクラッシャ、インパクトクラッシャ、スニッピングクラッシャ、マルチプルカッティングクラッシャ等の一つ、またはボールミル、ロッドミル、シェーカーミル、振動ミル等の一つ、または製粉装置の一つによって行われる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
燃料電池に適用することができる固体水素燃料を使用する方法であって、  
少なとも一つの水素化物粉末と少なくとも一つの固体触媒とを含み、それらが十分に混合された、固体水素燃料の加圧形成ブロックを準備すること、及び、
前記固体水素燃料を水に接触させ、前記水素化物粉末及び前記水は水素放出反応を引き起こし、前記固体触媒は前記水素放出反応に対して触媒作用を及ぼして前記燃料電池のアノード電極に対して水素を生成すること、
を含む、燃料電池に適用できる固体水素燃料を使用する方法。
【請求項１４】
前記固体水素燃料を水に接触させる工程は、加える水の量によって前記水素放出反応を制御する工程を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記水素化物粉末は水素化ホウ素ナトリウムであり、前記方法は、前記水素化物粉末と前記固体触媒とを十分に混合することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記水素化物粉末と前記固体触媒とを十分に混合する工程は、ボールミル、ロールミル、シェーカーミル、振動ミル、製粉装置、水平筒ミキサ、垂直筒ミキサ、ダブルコーンミキサ、パドル付き水平筒ミキサ、六角柱ミキサ、八角柱ミキサ、ウォーターチェストナットタイプミキサ、単コーン型ミキサ、内部螺旋刃パドル付き筒型ミキサ、Ｖ型ミキサ、垂直螺旋ミキサ、単軸水平螺旋ミキサ、多軸螺旋ミキサ、単コーンプラネタリ螺旋ミキサ、ダブルコーン螺旋ミキサ、回転円盤型ミキサ、遠心ミキサ、螺旋撹拌ミキサ、両刃エッグビータ、ダブルボール撹拌ミキサ等によって実行される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記固体水素燃料は、第１の水素化物粉末と、第２の水素化物粉末とを含み、
前記方法は、前記第１及び第２の水素化物粉末と少なくとも一つの前記固体触媒とを十分に混合することを含み、
前記固体水素燃料の前記加圧形成ブロックの総重量に対する前記第２の水素化物粉末の割合は０．００１ｗｔ％〜５０ｗｔ％であり、
前記固体水素燃料を水に接触させる工程を実行する際に、前記第１の水素化物粉末と水とは第１の水素放出反応を引き起こし、前記第２の水素化物粉末と水とは第２の水素放出反応を引き起こす、請求項１３に記載の方法。  
【請求項１８】
前記第１の水素化物粉末は水素化ホウ素ナトリウムであり、
前記第２の水素化物粉末は、水素化アルミニウムリチウム、水素化アルミニウムナトリウム、水素化アルミニウムカリウム、水素化アルミニウムベリリウム、水素化アルミニウムマグネシウム、水素化アルミニウムカルシウム、水素化ホウ素リチウム、水素化ホウ素カリウム、水素化ホウ素ベリリウム、水素化ホウ素マグネシウム、水素化ホウ素カルシウム、水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウム、水素化ベリリウム、水素化マグネシウム、水素化カルシウム、水素化アルミニウム、アンモニアボラン、リチウムアミド、リチウムイミドから成る群より選ばれる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記固体水素燃料の前記加圧形成ブロックの総重量に対する前記固体触媒の割合は０．０００１ｗｔ〜５０ｗｔ％であり、
前記固体触媒は、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン、及び銅から成る群より選ばれる一つ又は複数を含む複数の金属ナノ粒子及び／又は金属マイクロ粒子である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記固体触媒は複数の触媒キャリアと、前記触媒キャリアの表面を覆う金属イオン、金属原子、金属ナノ粒子、及び金属マイクロ粒子から選ばれる一つ又は複数とを含み、
前記金属イオン、金属原子、金属ナノ粒子、または金属マイクロ粒子は、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン、及び銅から成る群より選ばれる少なくとも一つ又は複数を含み、
前記固体触媒の平均粒子径は約１ｎｍ〜１００ｍｍである、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記固体触媒の約１ｎｍ〜１ｍｍの前記平均粒子径、及び前記粒子径は、製粉処理によって得られる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記製粉処理は、ジョークラッシャ、旋回粉砕器、ファインクラッシャ、コーンクラッシャ、ロールクラッシャ、インパクトクラッシャ、スニッピングクラッシャ、マルチプルカッティングクラッシャ等の一つ、またはボールミル、ロッドミル、シェーカーミル、振動ミル等の一つ、または製粉装置の一つによって実行される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記固体水素燃料の前記加圧形成ブロックを準備する工程は、前記固体触媒と前記水素化物粉末とを、混合する前に個々に製粉してより小さい粒子を得る工程を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
前記水素化物粉末及び前記固体触媒は、ジョークラッシャ、旋回粉砕器、ファインクラッシャ、コーンクラッシャ、ロールクラッシャ、インパクトクラッシャ、スニッピングクラッシャ、マルチプルカッティングクラッシャ等の一つ、または  ボールミル、ロッドミル、シェーカーミル、振動ミル等の一つ、または製粉装置の一つによって個々に製粉される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記固体水素燃料の前記加圧形成ブロックを準備する工程は、前記固体触媒と前記水素化物粉末とを、同時に混合及び製粉する工程を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２６】
前記水素化物粉末と前記固体触媒とを、ジョークラッシャ、旋回粉砕器、ファインクラッシャ、コーンクラッシャ、ロールクラッシャ、インパクトクラッシャ、スニッピングクラッシャ、マルチプルカッティングクラッシャ等の一つ、またはボールミル、ロッドミル、シェーカーミル、振動ミル等の一つ、または製粉装置によって、同時に混合及び製粉する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記水素放出反応が完了した後に前記固体触媒を再利用する工程を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２８】
スクリーニング法または磁気回収によって前記固体触媒を再利用する工程を更に含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
水と反応して水素放出反応を引き起こして水素を生成することができる少なくとも一つの水素化物粉末と、
前記水素化物粉末と十分に混合されて前記水素放出反応に対して触媒反応を及ぼす固体触媒であって、前記水素化物粉末及び前記固体触媒は加圧形成ブロックである、少なくとも一つの固体触媒と、
を含む固体水素燃料。
【請求項３０】
前記水素化物粉末は水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）である、請求項２９に記載の固体水素燃料。
【請求項３１】
前記加圧形成ブロックは、第１の水素化物粉末、第２の水素化物粉末、及び少なくとも一つの前記固体触媒を含み、
前記固体水素燃料の前記加圧形成ブロックの総重量に対する前記第２の水素化物粉末の割合は０．００１ｗｔ％〜５０ｗｔ％であり、
前記第２の水素化物粉末は前記第１の水素化物粉末及び前記固体触媒と十分に混合され、前記第１及び第２の水素化物粉末はそれぞれ水と反応して第１の水素放出反応及び第２の水素放出反応を引き起こして水素を生成する、請求項２９に記載の固体水素燃料。
【請求項３２】
前記第１の水素化物粉末は水素化ホウ素ナトリウムであり、
前記第２の水素化物粉末は、水素化アルミニウムリチウム、水素化アルミニウムナトリウム、水素化アルミニウムカリウム、水素化アルミニウムベリリウム、水素化アルミニウムマグネシウム、水素化アルミニウムカルシウム、水素化ホウ素リチウム、水素化ホウ素カリウム、水素化ホウ素ベリリウム、水素化ホウ素マグネシウム、水素化ホウ素カルシウム、水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウム、水素化ベリリウム、水素化マグネシウム、水素化カルシウム、水素化アルミニウム、アンモニアボラン、リチウムアミド、リチウムイミドから成る群より選ばれる、請求項３１に記載の固体水素燃料。
【請求項３３】
前記固体水素燃料の前記加圧形成ブロックの総重量に対する前記固体触媒の割合は０．０００１ｗｔ％〜５０ｗｔ％である、請求項２９に記載の固体水素燃料。
【請求項３４】
前記固体触媒は、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン、及び銅から成る群より選ばれる少なくとも一つ以上を含む複数の金属ナノ粒子及び／又はマイクロ粒子である、請求項２９に記載の固体水素燃料。
【請求項３５】
前記固体触媒は複数の触媒キャリアと、前記触媒キャリアの表面を覆う金属イオン、金属原子、金属ナノ粒子、及びマイクロ粒子の一つ以上と、を含み、
前記金属イオン、金属原子、金属ナノ粒子、またはマイクロ粒子は、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン、及び銅から成る群より選ばれる少なくとも一つ以上を含み、
前記固体触媒の平均粒子径は約１ｎｍ〜１００ｍｍである、請求項２９に記載の固体水素燃料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して固体水素燃料並びにその製造方法及びその使用方法に関し、より詳細には、簡単に使用することができ、水素を効率的に放出することができる固体水素燃料に関する。本開示の固体水素燃料を使用する方法は、液体水素燃料における大きな進歩である。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本願は、２００９年３月１３日付で出願された台湾特許出願第９８１０８３２７号明細書および２００９年１１月６日付で出願された台湾特許出願第９８１３７８０６号明細書（これらの主題は参照により本明細書中に援用される）の利益を主張している。
【背景技術】
【０００３】
燃料電池は化学エネルギーを電気エネルギーに転換することができる装置である。燃料及び酸化剤が絶えず供給されている間、燃料電池は電気エネルギーを連続的に発生することができる。水素燃料電池の場合、燃料は水素であり、酸化剤は酸素である。しかし、水素は危険な可燃性ガスであり、貯蔵条件が厳しい。したがって、従来は、水素を含む水素化物溶液又は水素吸蔵材を水素源として使用していた。水素をそこから抽出して燃料電池へ供給する。水素燃料電池に関して多くの研究が公開されている。例えば特開２００３−１４６６０４号公報（２００３）は、水素生成のための圧縮成形及びこれを使用した水素生成の方法および装置を開示している。特開平０４−０２６５０１号公報（１９９２）は、これを使用した気体発生水素を開示している。特開昭６３−２２２００１号公報（１９８８）は、水素ガス発生剤を開示している。
【０００４】
水素燃料電池における従来の水素生成システム及びその動作方法を次に説明する。水素生成システムでは水素化ホウ素ナトリウム溶液を水素源として使用する。図１を参照されたい。図１は従来の水素生成システムを例示している。従来の水素生成システム１１０は、水素を水素化ホウ素ナトリウム溶液から取り出して水素を燃料電池１００へ供給するために用いられる。水素生成システム１１０は、燃料タンク１１１と、再利用タンク１１２と、ポンプ１１３と、触媒床１１４と、気液分離チャンバ１１５と、圧力センサ１１６と、制御装置１１７とを備える。
【０００５】
図１において、制御装置１１７は、ポンプ１１３及び圧力センサ１１６に接続されている。ポンプ１１３は、水素化ホウ素ナトリウム溶液（液体燃料）を触媒床１１４へ運ぶ。水素が放出された後、過ホウ酸ナトリウム溶液は触媒床１１４から取り出される。化学式（１）は次の通りである：
【０００６】
【化１】
2010235443.tif 000002
【０００７】
従来の水素生成システム１１０が動作し始めると、制御装置１１７は、圧力センサ１１６によって検出された気液分離チャンバ１１５内の水素の圧力に応じてポンプ１１３を制御し、水素の生成を更に制御する。水素の圧力が不十分であると圧力センサ１１６が検出すると、ポンプ１１３は燃料タンク１１１内の水素化ホウ素ナトリウム溶液及び燃料電池１００の生成水を触媒床１１４に運ぶ。触媒床１１４の触媒作用によって水素化ホウ素ナトリウムの加水分解反応が促進され、水素が急速に生成される。その後、気液分離チャンバ１１５では、水素化ホウ素ナトリウムの加水分解反応の生成物、即ち、過ホウ酸ナトリウム溶液が再利用タンク１１２へ戻され、貯蔵される。水素は燃料電池１００のアノードへ運ばれて電気化学反応を起こし、直流及び生成水を連続的に生成する。しかし、式（１）が示すように水素化ホウ素ナトリウム／過ホウ酸ナトリウムの析出物がパイプに詰まる。結果として、ポンプ１１３は液体燃料を触媒床１１４へ送ることができず、水素の生成が止まる。
【０００８】
さらに、従来は、液体水素化ホウ素ナトリウム溶液を水素源として使用して、そこから水素を抽出していた。したがって、水素の生成は水素化ホウ素ナトリウムの水への溶解性によって制限される。例えば、固体水素化ホウ素ナトリウムの加水分解反応では、理論的な水素生成は１０．８ｗｔ％に達し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、水素化ホウ素ナトリウムを溶液の形態で使用する場合、水素化ホウ素ナトリウムの溶解性を考慮しなければならない。水素化ホウ素ナトリウムの水への溶解性は室温で約０．５５ｇ  ＮａＢＨ４／１ｇ  Ｈ２Ｏであり、この結果、理論的な水素生成は７．５ｗｔ％となる。さらに、過ホウ酸ナトリウムの析出物がパイプに詰まらないように、過ホウ酸ナトリウムの水への溶解性も考慮しなければならない。過ホウ酸ナトリウムの水への溶解性は約０．２８ｇ  ＮａＢＯ２／１ｇ  Ｈ２Ｏである。したがって、理論的な水素生成は、実際には２．９ｗｔ％にしかならない。
【００１０】
加えて、従来の液体水素燃料は、短時間では水素を放出され得ないという問題がある。図２（Ａ）は、従来の液体水素燃料の使用方法を例示している。図２（Ｂ）は、従来の液体水素燃料を用いた場合の水素放出曲線を示している。従来の液体水素燃料を使用する場合、触媒１４をアルカリ性液体水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）溶液１１に加えてもよい。触媒１４が溶液１１と接触して反応すると、水素が放出される。１ｇの水素化ホウ素ナトリウムを４０ｇの水に溶解して水素化ナトリウム溶液を作る。０．２ｇのカチオン交換樹脂（ＩＲ−１２０）キレート化コバルトイオン（Ｃｏ２＋／ＩＲ−１２０）を触媒として用いる。図２（Ｂ）の水素放出曲線は、図２（Ａ）に示される従来の液体水素燃料の使用方法を用いて得られたものである。
【００１１】
しかし、過ホウ酸ナトリウムの水への溶解性の他にも問題がある。図２（Ｂ）に示すように、開始時に水素が放出された直後、水素放出速度は急激に減少する。Ａ点まで降下した後、水素放出速度は長時間にわたって低いままである。時間軸の最後でも水素放出速度は依然として低いままである。このため、従来の液体水素燃料では、短時間で水素を完全に放出することはできない。
【００１２】
上述のように、液体燃料を使用する場合、溶解性の問題のために理論的な水素生成が１０．８ｗｔ％から７．５ｗｔ％、更には２．９ｗｔ％まで低くなり、水素貯蔵量に大きな損失をもたらす。損失を補うためにより大きな燃料タンクや再利用タンクを使用しても、容量が大きいということによって燃料電池の用途が限定される。さらに、水素化ホウ素ナトリウム溶液等の溶液ベースの水素源はシステム機構の設計をより複雑にし、製品の用途も限定する。その上、触媒と水素化ホウ素溶液との接触反応を用いて水素を放出させる従来の方法では、短時間で水素を完全に放出することができない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本開示は、固体水素燃料並びにその製造方法及びその使用方法に関する。固体水素化物粉末と固体触媒とを十分に混合させた後に加圧して結合（成形プロセス）させて固体水素燃料を形成する。固体水素燃料を水に接触させるだけで水素を生成することができ、その際の水素放出速度は高い。したがって、固体水素燃料を高出力燃料電池（最大１ｋＷ）に適用することができる。固体水素燃料は持ち運びが容易である。これは、成形プロセスによって多様な形状の異なる断片に形成することが容易なためである。固体水素燃料は、製品に求められる任意の機構設計に柔軟に適合でき、このため、この製品を使用しようというユーザーの意欲をさらに高める。その上、溶解性の問題がないので、同量の物質システムを用いた場合、水素化物溶液を用いて水素を作る従来法と比べて、固体水素燃料はより多くの水素を生成できる。
【００１４】
本開示の第１の態様によると、固体水素燃料を製造する方法が提供される。最初に、固体水素化物粉末と固体触媒とを十分に混合する。次に、その混合物は成形プロセスによってブロックに形成される。一実施形態では、このブロックは十分に混合された少なくとも一つの水素化物粉末と少なくとも一つの固体触媒（水素放出触媒）とを含む。この実施形態では、固体触媒を製粉することで、水素放出触媒粉末を用意することができる。別の実施形態では、固体触媒と固体水素化物粉末とを個々に製粉した後に十分に混ぜ合わせて混合物にする。あるいは、固体触媒と固体水素化物粉末とを、同時に混合及び製粉する。次に、十分に混ぜ合わされた触媒粉末（／粒子）と水素化物粉末（／粒子）とを含む混合物を成形プロセスによって固体ブロックに形成する。「製粉」または「個々に製粉した後に混ぜ合わせる」処理は、多様な種類のクラッシャ（破砕機）、マラー（粉砕機）、ミル（製粉機）、製粉装置によって行うことができる。例えば、ジョークラッシャ、旋回粉砕器、ファインクラッシャ、コーンクラッシャ、ロールクラッシャ、インパクトクラッシャ、スニッピングクラッシャ、マルチプルカッティングクラッシャ、ボールミル、ロッドミル、シェーカーミル、振動ミル等である。また、「同時に製粉及び混合する」処理は、多様な種類のミキサ、製粉装置、ブレンダで行うことができる。例えば、ボールミル、ロールミル、シェーカーミル、振動ミル、製粉装置、水平筒ミキサ、垂直筒ミキサ、ダブルコーンミキサ、パドル付き水平筒ミキサ、六角柱ミキサ、八角柱ミキサ、ウォーターチェストナットタイプ（Ｗａｔｅｒ  ｃｈｅｓｔｎｕｔ−ｔｙｐｅ）ミキサ、単コーン型ミキサ、内部螺旋刃パドル付き筒型ミキサ、Ｖ型ミキサ、垂直螺旋ミキサ、単軸水平螺旋ミキサ、多軸螺旋ミキサ、単コーンプラネタリ螺旋ミキサ、ダブルコーン螺旋ミキサ、回転円盤型ミキサ、遠心ミキサ、螺旋撹拌ミキサ、両刃エッグビータ、ダブルボール撹拌ミキサ等である。
【００１５】
本開示の第２の態様によると、燃料電池に適用できる固体水素燃料の使用方法を提供する。最初に、固体水素燃料の加圧形成ブロックを提供する。このブロックは、十分に混ぜ合わされた少なくとも一つの水素化物粉末と少なくとも一つの固体触媒とを含む。このブロックと水とが接触するだけで水素は放出され得る。ブロックの水素化物粉末が水と反応して水素を放出する。ブロックの固体触媒は、この水素を放出するための反応に対して触媒作用を及ぼすものである。一実施形態では、固体触媒及び固体水素化物粉末を事前に製粉して必要な小さな粒子サイズにする。あるいは、固体触媒及び固体水素化物粉末を同時に製粉し、混ぜ合わせることで水素転換率を効率的にあげる。
【００１６】
本開示は、好適であるが制限されない実施形態の以下の詳細な説明により明確になるであろう。以下の説明は、添付の図面を参照して行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の水素生成システムを例示する図である。
【図２】従来の液体水素燃料の使用方法を例示する図（図２（Ａ））と、従来の液体水素燃料を用いた水素放出曲線を示す図（図２（Ｂ））である。
【図３】本開示の固体水素燃料を用いた水素生成システムを例示する図である。
【図４】本開示の実施形態の固体水素燃料の使用方法を例示する図（図４（Ａ））と、本開示の実施形態の固体水素燃料を用いた水素放出曲線を示す図（図４（Ｂ））である。
【図５】本開示の実施形態の２つの固体水素燃料の水素生成率（水素放出率）を示す図である。
【図６】本開示の実施形態の異なる事前粒子化手順によって製造された３つの固体水素燃料の水素収率（転換率）を示す図である。
【図７】本開示の実施形態の２つの固体水素燃料の水素生成の重量パーセントを示す図であって、図７の水素生成は、図５の水素生成率を用いて算出されたものである。
【図８】本開示の実施形態の異なる事前粒子化手順によって製造された３つの固体水素燃料の重量パーセントを示す図であって、図８の水素生成は、図６の水素生成率を用いて算出されたものである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［固体水素燃料］
本開示の実施形態では、水素を生成するために燃料電池で用いられる固体水素燃料を提供する。固体水素化物粉末と触媒粉末とを十分に混ぜ合わせて固体水素燃料を形成する。固体水素燃料は水と反応して、化学式（１）に示すように水素を生成する。固体水素燃料の水素収率は、従来の溶液ベースの水素化物の水素収率より大きい（従来の液体水素化物の水素生成収率の限界は７．５ｗｔ．％であり、水素化ホウ素ナトリウムの溶解性や詰まりを考慮すると、２．９ｗｔ．％である）。更に、固体水素燃料は多様な形状のブロックに形成できるので、持ち運びが簡単である。固体水素燃料は製品に求められる任意の機構設計に柔軟に適応できるため、この製品を使用しようというユーザーの意欲を更に高める。
【００１９】
本開示の実施形態によれば、固体水素燃料は、第１の水素化物粉末と、固体触媒とを含む。第１の水素化物粉末は、水と反応して水素を放出させるためのものである。固体触媒は、第１の水素化物粉末と十分に混ぜ合わされ、水素放出反応に対して触媒作用を及ぼすために用いられる。
【００２０】
固体触媒の多様な構成は、本実施形態の固体水素燃料において用いられ得る。以下に、３種類の固体触媒について説明する。しかし、本開示はこれらに限定されるわけではない。まず第１の固体触媒は、例えば、金属ナノ粒子及び／又は金属マイクロ粒子である（つまり、第１の固体触媒粉末は、複数の金属ナノ粒子及び／又は金属マイクロ粒子を含む）。第２の固体触媒は、例えば、金属ナノ粒子及び／又は金属マイクロ粒子を有する触媒キャリアである（つまり、第２の固体触媒は、金属ナノ粒子及び／又は金属マイクロ粒子を有する触媒キャリアを含む。更に、金属ナノ粒子及び／又は金属マイクロ粒子は触媒キャリアの全体の表面を覆う）。第３の固体触媒は、例えば、複数の金属原子、金属ナノ粒子及び／又は金属マイクロ粒子を有する触媒キャリアである（つまり、第３の固体触媒は、金属原子、金属ナノ粒子、及び／又は金属マイクロ粒子を有する複数の触媒キャリアを含む。更に、金属原子、金属ナノ粒子、及び／又は金属マイクロ粒子は触媒キャリアの全体の表面を覆う）。第４の固体触媒は、例えば表面に複数のキレート金属イオン、複数の金属原子、金属ナノ粒子、及び／又は金属マイクロ粒子を有する触媒キャリアである（つまり、第４の固体触媒は、表面に複数のキレート金属イオン、複数の金属原子、金属ナノ粒子、及び／又は金属マイクロ粒子を有する複数の触媒キャリアを含む）。
【００２１】
上記のキレート金属イオン、金属原子、金属ナノ粒子、及び／又は金属マイクロ粒子は、好ましくは、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン、及び銅から成る群から選ばれる少なくとも一つ又は複数を含むが、これに限定されるわけではない。例えば、第１の固体触媒は、２つ以上の金属ナノ粒子及び／又は金属マイクロ粒子を含む。別の例として、第２の固体触媒は、２つ以上の金属ナノ粒子及び／又は金属マイクロ粒子を有する触媒キャリアを含み得る。同様に、上記の金属イオンは、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン、及び銅から成る群から選ばれる少なくとも一つ又は複数を含む。例えば、第３の固体触媒は、２つ以上の金属イオンを含み得る。さらに、固体触媒は、混合の前に、前もって製粉してより小さな粒子にしてもよい。製粉処理は多様な種類のクラッシャまたはマラーを使って行うことができる。例えば、ジョークラッシャ、旋回粉砕器、ファインクラッシャ、コーンクラッシャ、ロールクラッシャ、インパクトクラッシャ、スニッピングクラッシャ、マルチプルカッティングクラッシャ等である。あるいは、多様な種類のミルで行うことができる。例えば、ボールミル、ロッドミル、シェーカーミル、振動ミル等である。あるいは、任意の製粉装置で行うことができる。
【００２２】
さらに、固体水素燃料の組成では、総重量に対する固体触媒の重量パーセントは０．０００１ｗｔ％〜５０ｗｔ％であることが好ましい。固体触媒の平均粒子径は１ｎｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。固体触媒のこの範囲は、多様な適用に応じて異なる。ルテニウムを例にとる。ルテニウムは高価だが、水素化ホウ素ナトリウムの加水分解反応に対して優れた触媒作用を有する。このため、用途の要求が満たされれば、ルテニウムの重量パーセントを下げることができ、製造コストも下がる。したがって、金属の種類や触媒粉末の重量パーセントは、実用の条件に応じて調節できる。本発明はこれに限定されない。
【００２３】
本開示の固体水素燃料の組成では、固体水素化ホウ素ナトリウムを一例として本発明の第１の水素化物として用いる。水素化ホウ素ナトリウムの加水分解反応率は良好であり、水素化ホウ素ナトリウムは高価でなく、入手し易い。また、水素化ホウ素ナトリウムは室温の乾燥した条件下において安定している。水素化ホウ素ナトリウムを砕いて粉末にすることは容易である。しかし、実際の適用では、本発明はこれに限定されない。
【００２４】
さらに、第２の水素化物粉末を固体水素燃料の組成物に添加してもよい。第２の水素化物粉末は第１の水素化物粉末及び固体触媒と十分に混合される。また、第２の水素化物粉末は水と反応して第２の水素放出反応を起こす。一方、固体触媒は、第２の水素放出反応に対して触媒作用を及ぼして水素生成率を更に調整し、製品の要求を満たす。
【００２５】
第２の水素化物粉末は、異なる適用の目的に対し、水素化ホウ素ナトリウムとは異なる、加水分解反応の水素放出率を有する水素化物であることが好ましい。例えば、第２の水素化物粉末は、水素化アルミニウムリチウム、水素化アルミニウムナトリウム、水素化アルミニウムカリウム、水素化アルミニウムベリリウム、水素化アルミニウムマグネシウム、水素化アルミニウムカルシウム、  水素化ホウ素リチウム、水素化ホウ素カリウム、水素化ホウ素ベリリウム、水素化ホウ素マグネシウム、水素化ホウ素カルシウム、水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウム、水素化ベリリウム、水素化マグネシウム、水素化カルシウム、水素化アルミニウム、アンモニアボラン、リチウムアミド、リチウムイミドから成る群から選ぶことができる。一実施形態では、固体水素燃料の組成において総重量に対する第２の水素化物の重量パーセントは０．００１ｗｔ％〜５０ｗｔ％であることが好ましい。第２の水素化物粉末の比率（重量パーセント）は、固体水素燃料を適用する燃料電池の条件に応じて調節される。例えば、固体水素燃料を高出力燃料電池に適用する場合、第２の水素化物粉末（例えば、水素化ホウ素リチウム）の重量パーセントを増やして水素の生成量を増すことで、高出力燃料電池の要求を満たすことができる。
【００２６】
［固体水素燃料を製造する方法］
本開示の実施形態では、固体水素燃料を製造する方法が提供される。しかし、本発明はこれに限定されない。本発明の当業者には、本方法を実用の用途の条件に応じて変更できることが分かるだろう。固体水素燃料を製造する方法は、次の工程を含む。初めに、第１の水素化物粉末及び固体触媒が準備される。第１の水素化物粉末と固体触媒との組成及び割合については、上記を参照されたい。
【００２７】
次に、第１の水素化物粉末と固体触媒とは十分に混合される。一実施形態では、第１の水素化物粉末及び固体触媒はこの工程における製粉によって十分に混合される。あるいは、固体触媒及び水素化物粉末は個々に製粉され、それから第１の水素化物粉末と固体触媒とは十分に混合される。
【００２８】
この工程は、実用の用途において任意に変更することができ、本発明はいずれの特定の手順にも限定されない。一実施形態では、固体触媒（水素放出触媒ビーズ）は、より小さい粒子径を有する粉末に製粉され、それから水素化物粉末と十分に混合される。別の実施形態では、固体水素放出触媒ビーズ及び固体水素化物粉末は個々に製粉され、それから十分に混合され混合物とする。別の実施形態では、固体水素放出触媒ビーズ及び固体水素化物粉末は同時に製粉され混合される。関連の実験結果は、固体触媒を製粉した場合に水素収率（つまり水素転換率）が改善されることを示している。また、水素放出触媒ビーズを個々に製粉する場合と比較して、固体水素化物粉末を固体水素放出触媒ビーズと同時に混合及び製粉すると、水素収率がより高くなる。
【００２９】
「製粉」または「混合及び製粉」処理は、多様な種類のクラッシャ、マラー、ミル、製粉装置によって行うことができる。例えば、ジョークラッシャ、旋回粉砕器、ファインクラッシャ、コーンクラッシャ、ロールクラッシャ、インパクトクラッシャ、スニッピングクラッシャ、マルチプルカッティングクラッシャ、ボールミル、ロッドミル、シェーカーミル、振動ミル等である。固体水素化物粉末と固体触媒とを十分に混合する工程は、多様な種類のミキサ、製粉装置、ブレンダによって行うことができる。例えば、ボールミル、ロールミル、シェーカーミル、振動ミル、製粉装置、水平筒ミキサ、垂直筒ミキサ、ダブルコーンミキサ、パドル付き水平筒ミキサ、六角柱ミキサ、八角柱ミキサ、ウォーターチェストナットタイプミキサ、単コーン型ミキサ、内部螺旋刃パドル付き筒型ミキサ、Ｖ型ミキサ、垂直螺旋ミキサ、単軸水平螺旋ミキサ、多軸螺旋ミキサ、単コーンプラネタリ螺旋ミキサ、ダブルコーン螺旋ミキサ、回転円盤型ミキサ、遠心ミキサ、螺旋撹拌ミキサ、両刃エッグビータ、ダブルボール撹拌ミキサ等である。
【００３０】
実際の適用では、製粉装置の選択は、触媒の種類や適用の他の要求次第である。また、ミキサ／ブレンダを任意に用いる。例えば、固体触媒と固体水素化物粉末とは、より小さい粒子径を得るために適切な製粉装置で個々に製粉されることができ、その上さらにミキサ／ブレンダによって十分に混合されることができる。あるいは、固体触媒と固体水素化物粉末とを製粉するために適切な製粉装置が選ばれた場合、双方の粉末は同時に製粉され、および混合される（その間、製粉装置はミキサ／ブレンダとして機能する）。
【００３１】
次に、混ぜ合わせた粉末を成形加圧装置によって加圧して、実用的な条件に応じた特定の形状のブロックにするか否かを決めることができる。例えば、第１の水素化物粉末と固体触媒の混合物を成形プロセスによって棒状又は任意の他の形状に形成することができる。成形プロセスの後、混合粉末は持ち運び易く、適用するシステムや製品の設計に適合するように形状を変更することができる。
【００３２】
第２の水素化物粉末を固体水素燃料の組成物に加える場合、上記製造方法を僅かに変更すればよい。例えば、粉末を準備する工程は、第２の水素化物粉末を準備することをさらに含む。同様に、第２の水素化物粉末の組成及び割合については、上記の説明を参照されたい。粉末を混合する工程は、第１の水素化物粉末と、第２の水素化物粉末と、固体触媒とを混合することをさらに含む。成形プロセスによって粉末を作る工程は、第１の水素化物粉末と第２の水素化物粉末と固体触媒との混合物を成形プロセスによって棒状又は任意の他の形状に形成することをさらに含む。
【００３３】
［燃料電池における水素を生成する方法］
本開示の実施形態では、燃料電池のための水素を生成する方法を提供する。本方法は次の工程を含む。はじめに、固体水素燃料が燃料電池に供給される。固体水素燃料は、十分に混ぜ合わされた少なくとも一つの水素化物粉末及び固体触媒を含む。この混合粉末を加圧（成形プロセス）により結合させる。
【００３４】
次に、固体水素燃料は水と混合され、燃料電池のアノード電極が使用する水素を生成させる。固体水素燃料が水に触れると、第１の水素化物粉末が水と反応して水素を放出する。固体触媒を用いて水素放出反応に対して触媒作用を及ぼすことで、水素の生成を促進させる。
【００３５】
同様に、第２の水素化物粉末が固体水素燃料の組成物に添加される場合、第２の水素化物粉末が水と反応して水素を放出し、固体水素燃料が水に触れる工程において固体触媒が水素放出反応に触媒作用を及ぼして水素の生成を促進させる。
【００３６】
さらに、燃料電池において水素放出反応に触媒作用を及ぼすための触媒は高価であるが、再利用することで再使用できる。したがって、本開示による燃料電池において水素を生成する方法は、固体触媒を再利用する工程をさらに含むことができる。その結果、地球上の限りある資源を無駄遣いすることなく、製造コストを下げる。
【００３７】
本実施形態では、加水分解反応に触媒作用を及ぼすための固体触媒は固体水素燃料に混合される。そのため、固体水素燃料が完全に水と反応すると、固体触媒が残存溶液中に残る。固体触媒を再利用する２つの方法を、固体触媒のタイプに応じて以下に説明する。第１の再利用方法は、第２及び第３の固体触媒（触媒キャリアを含む固体触媒）に適用する。第２の固体触媒及び第３の固体触媒は触媒キャリアを含むため、平均粒子サイズがより大きい。そのため、固体触媒キャリアはスクリーニングによって捕捉及び再利用される。第２の再利用方法は、第１の固体触媒（触媒キャリアを含まない固体触媒）に適用する。第１の固体触媒はナノ粒子である。スクリーニングによって固体触媒を再利用することは難しい。ナノ粒子が磁性特性を有していれば、磁石によって固体触媒を回収し、再利用できる。
【００３８】
燃料電池における本開示の固体水素燃料を用いた水素生成システムは、以下のように説明される。しかしながら、同じ原理を用いる際にも、燃料電池の実用的な機構設計を変更することができることは、本発明の当業者により理解され得る。適切な変更を、実用条件に応じて行うことができる。ゆえに、後述する燃料電池及び水素生成システムは、本発明の当業者にとって参照として用いられるにすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【００３９】
図３を参照されたい。図３は、本開示の固体水素燃料を用いた水素生成システムを例示している。水素生成システム２１０は、固体水素燃料Ｆと燃料電池２００の生成水とを混合して、燃料電池２００用の水素を生成するためのものである。水素生成システム２１０は、燃料タンク２１１と、再利用タンク２１２と、送出ベルト２１３と、反応チャンバ２１４と、圧力センサ２１６と、制御装置２１７とを備える。
【００４０】
図３において、制御装置２１７は、圧力センサ２１６及び送出ベルト２１３と接続されている。水素生成システム２１０が動作を開始すると、制御装置２１７が、圧力センサ２１６により反応チャンバ２１４内で検出される水素の圧力に応じて送出ベルト２１３の動作を制御し、さらに水素の生成を制御する。水素の圧力が不十分であると圧力センサ２１６が検出すると、送出ベルト２１３は、固体水素燃料Ｆが、燃料電池２００の生成水と反応して、加水分解反応を起こすように、燃料タンク２１１内の固体水素燃料Ｆを反応チャンバ２１４へと運搬する。結果として、水素が急速に生成される。その上、加水分解反応の生成溶液及び堆積した触媒粉末は、再利用タンク２１２へと運搬され貯蔵される。水素は燃料電池２００のアノードへと運搬され、直流及び生成水を連続的に発生させる電気化学反応を起こす。
【００４１】
さらに、固体水素燃料（つまり、互いに混合された水素化物粉末及び固体触媒を含む固体加圧形成（成形プロセス）ブロック）の使用方法では、水素を放出する唯一の工程は水に触れることである。固体水素燃料は燃料電池と共に作用して電気を発生する。固体水素燃料を持ち運ぶことは容易なので（特に、持ち運び易い細片状、棒状、又は任意の他の加圧形成ブロックに形成された場合）、この製品を使用しようというユーザーの意欲を有意に高める。また、固体水素燃料の形状を、システムや製品の機構設計に適合するように変更できるので、応用分野が広がる。更に、本開示の固体水素燃料は、水素を効率的に完全に放出できる。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照されたい。図４（Ａ）は、本開示の実施形態の固体水素燃料の使用方法を例示している。図４（Ｂ）は、本開示の実施形態の固体水素燃料を用いた水素放出曲線を示している。本発明の実施形態の固体水素燃料を使用する場合、４０ｇの水が８．４ｇの固体水素燃料に添加されると水素放出反応が引き起こされ、水素が生成される。図４（Ｂ）では、１ｇの水素化ホウ素ナトリウム粉末と０．２ｇのコバルトイオン触媒とが互いに混合された固体加圧形成ブロックが、固体水素燃料３０として用いられている。図４（Ｂ）に示す水素放出曲線は、図４（Ａ）に示すように、水（４０ｇ）を固体水素燃料に加えることによって得られる。
【００４２】
図４（Ｂ）に示されるように、本開示の実施形態の固体水素燃料が使用される場合、水素放出速度は開始時に高い。Ｑ点が示している（水素放出量が０となる）ように、水素は短時間（約６００秒）で完全に放出される。固体水素燃料の水素放出速度は、水素を放出している間高いままであり、約１８０ｓｃｃｍ〜３５０ｓｃｃｍである。図２（Ｂ）と図４（Ｂ）とを比較すると、本開示の実施形態の固体水素燃料は、或る特定時間内で水素を完全に放出することが示される（図４（Ｂ））。従来の液体水素燃料の水素放出速度が長時間低いままである（図２（Ｂ））という問題は解決される。
【００４３】
さらに、従来の水素化物溶液と比較すると、本開示の実施形態の固体水素燃料の水素の生成の方が高い（従来の液体水素化物の水素の生成量は理論的な生成量、即ち２．９ｗｔ％にしか達し得ない）。図５及び図７を参照されたい。図５は、本開示の実施形態の２つの固体水素燃料の水素収率（転換率）を示している。図７は、本開示の実施形態の２つの固体水素燃料の水素生成量の重量パーセントを示している。図７中の水素の生成は図５における水素生成率を用いて計算される。図５中、約１ｇの水素化ホウ素ナトリウムと、０．１５ｇのコバルトイオン触媒（Ｃｏ２＋／ＩＲ−１２０）又は０．１５ｇルテニウムイオン触媒（Ｒｕ３＋／ＩＲ−１２０）とを互いに混合して、固体水素燃料３０として用いられる固体加圧形成ブロックを形成する。図５中の水素生成率は、図４に示されるように水（２ｇ）を固体水素燃料に添加することによって得られる。図７中の水素生成量は、図５における水素生成率に基づき計算されている。
【００４４】
図５に示されるように、本開示の実施形態の固体水素燃料が使用される場合、水素収率（転換率）は理論値（１０．８ｗｔ％）の９０％を超え得る。コバルトイオン触媒（Ｃｏ２＋／ＩＲ−１２０）の水素生成率は約２０分で理論値の９０％に達成することができる。ルテニウムイオン触媒（Ｒｕ３＋／ＩＲ−１２０）の水素生成率は約１０分で理論値の９６％に達成することができる。計算後、（１）コバルトイオン触媒（Ｃｏ２＋／ＩＲ−１２０）を用いた場合の水素生成量の重量パーセントは６．７３ｗｔ％に達し得る。（２）ルテニウムイオン触媒（Ｒｕ３＋／ＩＲ−１２０）を用いた水素生成量の重量パーセントは７．３５ｗｔ％に達し得る。計算は以下の通りである。
【００４５】
（１）コバルトイオン触媒（Ｃｏ２＋／ＩＲ−１２０）
【００４６】
【数１】
2010235443.tif 000003
【００４７】
【数２】
2010235443.tif 000004
【００４８】
【数３】
2010235443.tif 000005
【００４９】
（２）ルテニウムイオン触媒（Ｒｕ３＋／ＩＲ−１２０）
【００５０】
【数４】
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【００５１】
【数５】
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【００５２】
【数６】
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【００５３】
［固体水素燃料の製造における事前粒子化手順］
本実施形態の固体水素燃料は、固体水素化物粉末と、固体触媒とを含む。固体水素燃料を製造において、固体触媒（水素放出触媒）を事前に製粉してより小さな触媒粒子にされることができ、その上さらに（本来の粉末あるいは事前に製粉した粒子の形状の）水素化物粉末と十分に混合することができる。また、固体触媒と固体水素化物粉末とを同時に混合及び製粉することで、水素転換率をあげることができる。実用の用途では、「製粉」、「混合及び製粉」、および「十分に混合」する工程のための装置を、上記の説明において、クラッシャ、マラー、ミル、製粉装置、及びミキサに従って任意に選ぶことができる。
【００５４】
固体触媒粉末を事前に製粉することの水素生成率における効果を観察するために、幾つかの実験を行った。３つの実験結果を図６及び図８に示す。
【００５５】
図６は、本開示の実施形態に係る異なる事前粒子化手順によって製造された３つの固体水素燃料の水素収率（転換率）を示す。図８は、本開示の実施形態に係る異なる事前粒子化手順によって製造された３つの固体水素燃料の水素生成の重量パーセントを示す。図８の水素生成は、図６の水素生成率を用いて計算される。
【００５６】
図６の３つの固体水素燃料の準備および水素放出反応を以下に説明する。  
【００５７】
（１）１ｇの水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）はボールミルによって約３０分間製粉され、それから手作業で０．１２５ｇのコバルトイオン触媒（未製粉、Ｃｏ２＋／ＩＲ−１２０）と混合された。ここでは、固体加圧ブロックは作らない。その後、２ｇの脱イオン水を、粉末混合物を含むリアクタに加えることによって水素放出反応を引き起こす。図６の曲線（ａ）は、ここで製造された固体水素燃料の水素生成率を示す。図６の曲線（ａ）は水素生成率が非常に低いことを明らかに示している。６０分が過ぎても水素生成率は１０％を超えない。
【００５８】
（２）１ｇの水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）と、０．１２５ｇのコバルトイオン触媒（Ｃｏ２＋／ＩＲ−１２０）とは、個々に約３０分間製粉され、それから手作業によってメノウ乳鉢にて混ぜ合わせる。混合物は１０トンの圧力によって５分間タブレット加圧手順にかけられてタブレット状にされる。その後、２ｇの脱イオン水を、このタブレットを含むリアクタに加えることによって水素放出反応を引き起こす。図６の曲線（ｂ）は、ここで製造された固体水素燃料の水素生成率を示す。図６の曲線（ｂ）は水素生成率が大きく上昇して約７２％（Ｈ２容量＝５．３６ｗｔ％）になったことを明らかに示す。しかし、これが触媒粉末をＮａＢＨ４（すなわち水素化物粉末）中に均一に振り分ける最も効率的な方法ではない。
【００５９】
（３）１ｇの水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）と、０．１２５ｇのコバルトイオン触媒（Ｃｏ２＋／ＩＲ−１２０）とは、ボールミルにおいて３０分間混合及び製粉される。次に、この混合物に対して１０トンの圧力によって５分間タブレット加圧手順を行ってタブレットに形成する。その後、２ｇの脱イオン水を、このタブレットを含むリアクタに加えることによって水素放出反応を引き起こす。図６の曲線（ｃ）は、ここで製造された固体水素燃料の水素生成率を示す。図６の曲線（ｃ）は水素生成率が大きく上昇して約９１％（Ｈ２容量＝６．６３ｗｔ％）になったことを明らかに示す。水素生成の重量パーセントは最大６．６３ｗｔ％（図８）になる。また、合成物ＮａＢＨ４／Ｃｏは水に対して高感度であり、水が加えられると即座に水素が放出される。したがって、結果（曲線（ｃ））は、水素生成率が急激に増加し、直後に均衡状態に達することを示す。
【００６０】
実験結果は、粉末をボールミルまたは上記の任意の粉砕、ミル、製粉方法によって事前に粒子化することによって水素転換率が改善することを示している。また、固体触媒粉末と水素化物粉末とを同時に混ぜ合わせて製粉することで初期水素生成率が非常に増加する。さらに、水素転換率は８．４９％から９１％に増加し、Ｈ２容量は０．６３ｗｔ％から６．６３ｗｔ％に増加する。
【００６１】
本開示の実施形態の固体水素燃料は、それに水を加えるだけで水素を生成することができる。使用方法は簡単であり、水素生成率は高い。固体水素燃料を高出力燃料電池に適用することができる。さらに、従来の液体水素化物による水素生成の限界は２．９ｗｔ％にしか達し得ない。従来の液体水素化物と比べて、本実施形態の固体水素化物による水素生成は高く、約６．７３％〜７．３５％（ｗｔ％）である（図７）。言い換えると、同じ容量の水素化物溶液と比べて、固体水素燃料はより多くの水素を保有している。このため、必要な空間を効果的に低らし、製品の重量は下がる。その上、加圧（成形プロセス）によってブロックに形成すれば、粉末を持ち運ぶことは容易であり、多くの形状に形成できる。また、水に触れさせるだけで水素放出反応において電気を発生させることができる。さらに、比較実験の結果、固体触媒を製粉することで水素転換率が改善することが分かった。したがって、固体触媒と水素化物粉末とを混ぜ合わせる前に、個々に製粉してもよい。あるいは、固体触媒と水素化物粉末とを同時に製粉して混ぜ合わせることで、水素転換率をより効率的に上げることができる。したがって、本実施形態に係る固体水素燃料及びその製造方法は、幾つかの利点を有する。システムの機構設計と製品とを簡単に適合させることができるということは、水素生成システムの設計を単純にする。さらに、固体水素燃料は、より効果的かつ急速に水素を完全に放出する。こうした利点により、この製品を使用しようというユーザーの意欲が高まり、製品の応用分野が広がる。
【００６２】
本発明を、一例として好ましい実施形態について説明したが、本発明がこれに限定されることがないことが分かるだろう。それどころか本発明は、多様な変更や類似の構成及び手法をも包含することを意図しており、添付の特許請求の範囲は、こうした全ての変更や類似の構成及び手法を包含するように最も広範に解釈される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2010235443000001.pdf