(57)【要約】【課題】１００℃以下の温度においても水素を取り出すことが可能な水素化物複合体、水素化物複合体から水素を放出することにより得られるイミド化合物、及び水素化物複合体を用いた水素ガスの製造方法を提供すること。【解決手段】ＬｉＡｌＨx(ＮＨ2)4-x（ｘ＝０又は１）と、ＬｉＡｌＨ4とを含む水素化物複合体。水素化物複合体に含まれる水素の全部又は一部を放出させることにより得られるイミド材料。水素化物複合体から水素を放出させる水素放出工程を備えた水素ガスの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬｉＡｌＨx(ＮＨ2)4-x（ｘ＝０又は１）と、ＬｉＡｌＨ4とを含む水素化物複合体。
【請求項２】
ＬｉＡｌ(ＮＨ2)4＋ｙＬｉＡｌＨ4（１≦ｙ≦２）で表される組成を有する請求項１に記載の水素化物複合体。
【請求項３】
ＬｉＡｌＨ(ＮＨ2)3＋ｚＬｉＡｌＨ4（０．５≦ｚ≦１）で表される組成を有する請求項１に記載の水素化物複合体。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかに記載の水素化物複合体に含まれる水素の全部又は一部を放出させることにより得られるイミド材料。
【請求項５】
請求項１から３までのいずれかに記載の水素化物複合体から水素を放出させる水素放出工程を備えた水素ガスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素化物複合体、イミド材料及び水素ガスの製造方法に関し、さらに詳しくは、１００℃以下の温度において水素ガスを発生させることが可能な水素化物複合体、このような水素化物複合体から水素を放出することにより得られるイミド材料、及び、このような水素化物複合体を用いた水素ガスの製造方法に関する。
【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向けて、水素を安全、かつ、効率的に貯蔵、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、中でも可逆的に水素を貯蔵・放出することのできる水素貯蔵材料を用いる方法は、最も安全に水素を貯蔵・輸送する手段と考えられており、燃料電池車に搭載する水素貯蔵媒体として期待されている。
【０００３】
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。これらの内、水素吸蔵合金は、炭素材料に比べて単位体積当たりの水素密度が高いので、水素を貯蔵・輸送するための水素貯蔵材料として有望視されている。
しかしながら、ＬａＮｉ5、ＴｉＦｅ等の水素吸蔵合金は、Ｌａ、Ｎｉ、Ｔｉ等の希少金属を含んでいるため、その資源確保が困難であり、コストも高いという問題がある。また、従来の水素吸蔵合金は、合金自体の重量が大きいために、単位重量当たりの水素密度が小さい、すなわち、大量の水素を貯蔵するためには極めて重い合金を必要とするという問題がある。
【０００４】
そこでこの問題を解決するために、軽元素を含む水素貯蔵材料の開発が試みられている。これまでに開発されている軽元素を含む水素貯蔵材料としては、
（１）  ＬｉＮＨ2、ＬｉＢＨ4等のリチウム（Ｌｉ）を含む錯体水素化物（例えば、特許文献１、非特許文献１等参照）、
（２）  ＮａＡｌＨ4等のナトリウム（Ｎａ）を含む錯体水素化物、
（３）  Ｍｇ(ＮＨ2)2等のマグネシウム（Ｍｇ）を含む錯体水素化物、
などが知られている。
【０００５】
また、単相の金属間化合物ではなく、複数の相を複合化させることによって、水素吸蔵量を増大させたり、あるいは、水素の吸蔵・放出温度を低下させる試みがなされている。軽元素を含み、かつ、複数の相の複合体からなる水素貯蔵材料としては、ＬｉＮＨ2＋ＬｉＨ、ＬｉＢＨ4＋ＭｇＨ2などが知られている。
また、非特許文献２には、ＬｉＮＨ2＋０．５ＬｉＡｌＨ4からなる水素貯蔵材料が開示されている。同文献には、この材料の水素放出温度は１００℃であり、水素量は４ｍａｓｓ％である点が記載されている。
さらに、非特許文献３には、ＬｉＡｌ(ＮＨ2)4＋４ＬｉＨからなる水素貯蔵材料が開示されている。同文献には、この材料の水素放出温度は１３０℃であり、水素量は６ｍａｓｓ％である点が記載されている。
【０００６】
軽元素を含む錯体水素化物は、相対的に重量が軽く、資源確保も比較的容易であり、相対的に低コストである。しかしながら、従来の錯体水素化物は、いずれも水素を放出させるためには、１００℃以上の加熱が必要であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００２−５２６６５８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【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
【非特許文献２】J.Phys.Chem.C111(2007)2335-2340
【非特許文献３】J.Power Source 155(2006)447-455
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、１００℃以下の温度においても水素を取り出すことが可能な水素化物複合体、このような水素化物複合体から水素を放出することにより得られるイミド化合物、及びこのような水素化物複合体を用いた水素ガスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明に係る水素化物複合体は、ＬｉＡｌＨx(ＮＨ2)4-x（ｘ＝０又は１）と、ＬｉＡｌＨ4とを含むことを要旨とする。
本発明に係るイミド材料は、本発明に係る水素化物複合体に含まれる水素の全部又は一部を放出させることにより得られるものからなる。
さらに、本発明に係る水素ガスの製造方法は、本発明に係る水素化物複合体から水素を放出させる水素放出工程を備えていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
ＬｉＡｌＨx(ＮＨ2)4-xとＬｉＡｌＨ4とを複合化させると、室温におけるミリング処理のみで水素放出が可能となる。これは、両化合物を複合化させることにより、新たな水素放出反応が誘起されるためと考えられる。さらに、この複合体は、資源量が豊富で安価なＡｌを主構成元素としているため、大量供給と低コスト化が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＬｉＡｌＨ4、ＬｉＡｌ(ＮＨ2)4、及びＬｉＡｌ(ＮＨ2)4＋ＬｉＡｌＨ4をミリング処理することにより得られる水素化物複合体のＸ線回折パターンである。
【図２】ＬｉＡｌ(ＮＨ2)4のアンモニアに関する昇温脱離スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  水素化物複合体］
本発明に係る水素化物複合体は、ＬｉＡｌＨx(ＮＨ2)4-x（ｘ＝０又は１）と、ＬｉＡｌＨ4とを含む。
【００１４】
［１．１  組成］
ＬｉＡｌＨx(ＮＨ2)4-xとＬｉＡｌＨ4の比率は、特に限定されるものではなく、ｘの値に応じて最適な比率を選択するのが好ましい。
ＬｉＡｌＨx(ＮＨ2)4-xが単独で分解すると、アンモニアなどの非水素ガスが発生する。一方、ＬｉＡｌＨ4は、放出された非水素ガスをトラップし、水素に分解する作用を持つ。従って、両者の比率は、非水素ガスが効率よく水素に分解され、未分解のまま放出される非水素ガスが少なくなるように定めるのが好ましい。
【００１５】
例えば、ｘ＝０である場合（すなわち、ＬｉＡｌ(ＮＨ2)4の場合）、水素化物複合体は、次の（１）式で表される組成を有するものが好ましい。
ＬｉＡｌ(ＮＨ2)4＋ｙＬｉＡｌＨ4（１≦ｙ≦２）    ・・・（１）
ｘ＝０の場合において、ｙ＝１であるときには、理想的には、次の（１ａ）式に従って水素放出反応が進行すると考えられている。（１ａ）式の理論水素量は、６ｍａｓｓ％である。
ＬｉＡｌ(ＮＨ2)4＋ＬｉＡｌＨ4  →  ２ＬｉＡｌ(ＮＨ)2＋４Ｈ2    ・・・（１ａ）
【００１６】
この場合、ｙが１未満になると、過剰のＬｉＡｌ(ＮＨ2)4が単独で分解し、非水素ガスが放出されるので好ましくない。従って、ｙは、１以上が好ましい。ｙは、さらに好ましくは、１．１以上である。
ｙが１より大きくなるほど、非水素ガスの放出を抑制することができる。しかしながら、ｙが過剰になると、１００℃以下において取り出すことが可能な水素量が減少する。従って、ｙは、２以下が好ましい。ｙは、さらに好ましくは、１．５以下である。
【００１７】
また、例えば、ｘ＝１である場合（すなわち、ＬｉＡｌＨ(ＮＨ2)3の場合）、水素化物複合体は、次の（２）式で表される組成を有するものが好ましい。
ＬｉＡｌＨ(ＮＨ2)3＋ｚＬｉＡｌＨ4（０．５≦ｚ≦１）    ・・・（２）
ｘ＝１の場合において、ｚ＝０．５であるときには、理想的には、次の（２ａ）式に従って水素放出反応が進行すると考えられている。（２ａ）式の理論水素量は、６ｍａｓｓ％である。
ＬｉＡｌＨ(ＮＨ2)3＋０．５ＬｉＡｌＨ4
→  １．５ＬｉＡｌ(ＮＨ)2＋３Ｈ2    ・・・（２ａ）
【００１８】
この場合、ｚが０．５未満になると、過剰のＬｉＡｌＨ(ＮＨ2)3が単独で分解し、非水素ガスが放出されるので好ましくない。従って、ｚは、０．５以上が好ましい。ｚは、さらに好ましくは、０．５５以上である。
ｚが０．５より大きくなるほど、非水素ガスの放出を抑制することができる。しかしながら、ｚが過剰になると、１００℃以下において取り出すことが可能な水素量が減少する。従って、ｚは、１以下が好ましい。ｚは、さらに好ましくは、０．７５以下である。
さらに、水素化物複合体は、ＬｉＡｌ(ＮＨ2)4、ＬｉＡｌＨ(ＮＨ2)3及びＬｉＡｌＨ4の混合物であっても良い。この場合、非水素ガスの放出が抑制され、かつ、取り出すことが可能な水素量がより多くなるように、各成分の比率を定めるのが好ましい。
【００１９】
［１．２  不純物］
水素化物複合体は、ＬｉＡｌＨx(ＮＨ2)4-x及びＬｉＡｌＨ4のみを含むものが好ましいが、不可避的不純物がさらに含まれていても良い。非水素ガスの放出を促し、あるいは、１００℃以下の温度における水素放出量を低下させる不純物は、少ないほど良い。
【００２０】
［１．３  粒径］
ＬｉＡｌＨx(ＮＨ2)4-x及びＬｉＡｌＨ4の粒径は、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。
本発明に係る水素化物複合体は、室温におけるミリング処理によって容易に水素を放出するので、粒径は、相対的に大きくても良い。しかしならが、ミリング処理の負荷を軽減するためには、ＬｉＡｌＨx(ＮＨ2)4-x及びＬｉＡｌＨ4の粒径は、相対的に小さい方が好ましい。
【００２１】
［２．  ＬｉＡｌＨx(ＮＨ2)4-xの製造方法］
本発明に係る水素化物複合体を構成するＬｉＡｌＨ4は、市販されている。
また、ＬｉＡｌＨx(ＮＨ2)4-xは、ＬｉＡｌＨ4を所定の温度、圧力でアンモニアガスと反応させることにより製造することができる。
【００２２】
［３．  イミド材料］
本発明に係るイミド材料は、本発明に係る水素化物複合体に含まれる水素の全部又は一部を放出させることにより得られる。得られたイミド材料と水素とを接触させる場合において、条件を最適化すると、イミド材料と水素とが反応する。
【００２３】
［４．  水素ガスの製造方法］
本発明に係る水素ガスの製造方法は、本発明に係る水素化物複合体から水素を放出させる水素放出工程を備えている。
水素化物複合体から水素を放出させる方法としては、具体的には、
（１）水素化物複合体を加熱する方法、
（２）水素化物複合体をミリング処理する方法、
などがある。
加熱条件又はミリング条件は、特に限定されるものではなく、水素化物複合体の組成に応じて最適な条件を選択するのが好ましい。本発明に係る水素化物複合体は、極めて反応性が高いので、室温におけるミリング処理のみでも水素を発生させることができる。
【００２４】
［５．  水素化物複合体、イミド材料、及び水素ガスの製造方法の作用］
ＬｉＡｌＨx(ＮＨ2)4-xとＬｉＡｌＨ4とを複合化させると、室温におけるミリング処理のみで水素放出が可能となる。これは、両化合物を複合化させることにより、新たな水素放出反応が誘起されるためと考えられる。さらに、この複合体は、資源量が豊富で安価なＡｌを主構成元素としているため、大量供給と低コスト化が期待できる。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
［１．  試料の作製］
純化したＡｒで満たされたグローブボックス中で、ＬｉＡｌ(ＮＨ2)4とＬｉＡｌＨ4とをモル比で１：１となるように混合した。その後、室温、０．９ＭＰａの水素圧力下で遊星ボールミル装置を用いて１時間ミリング処理した。
［２．  評価］
ミリング処理後、容器内の圧力が１．４ＭＰａまで上昇した。容器内ガスをフーリエ変換赤外分光装置により評価したが、アンモニアは検出されなかった。
グローブボックス中でミリング処理後の試料を容器から取り出し、粉末Ｘ線回折測定を行った。ミリング前に観測されたＬｉＡｌ(ＮＨ2)4、とＬｉＡｌＨ4の回折ピークが消失し、他の明瞭なピークも観測されなかった（図１）。
ミリング処理により、上述した（１ａ）式の反応が起きたと考えられる。また、ミリング処理後の試料に明瞭なピークが観測されなかったのは、反応生成物であるＬｉＡｌ(ＮＨ)2が非晶質になっているためと考えられる。
【００２６】
（実施例２）
［１．  試料の作製］
純化したＡｒで満たされたグローブボックス中で、ＬｉＡｌＨ(ＮＨ2)3とＬｉＡｌＨ4とをモル比で１：０．５となるように混合した。その後、室温、１ＭＰａの水素圧力下で遊星ボールミル装置を用いて１時間ミリング処理した。
［２．  評価］
ミリング処理後、容器内の圧力が上昇した。容器内ガスをフーリエ変換赤外分光装置により評価したが、アンモニアは検出されなかった。
【００２７】
（比較例１）
Ｈｅガス気流下でＬｉＡｌ(ＮＨ2)4の昇温脱離スペクトル測定を行ったところ、約８０℃からアンモニアの放出が確認された（図２）。
【００２８】
（比較例２）
Ｈｅガス気流下でＬｉＡｌＨ(ＮＨ2)3の昇温脱離スペクトル測定を行ったところ、約８０℃からアンモニアの放出が確認された。
【００２９】
（比較例３）
Ｈｅガス気流下でＬｉＡｌＨ4の昇温脱離スペクトル測定を行ったところ、約１２０℃から水素の放出が確認された。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る水素化物複合体は、燃料電池システム用の水素貯蔵手段、超高純度水素製造装置、ケミカル式ヒートポンプ、アクチュエータ、金属−水素蓄電池用の水素貯蔵体等に用いられる水素貯蔵媒体として使用することができる。
【図１】
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【図２】
2010265136.tif 000004