(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を遮断した反応室内で、アルミニウムにガリウムを作用させたものを打撃粉砕することにより、該アルミニウム微粒子全体に微細な亀裂を設ける製造方法によって得られる水素発生材料であって、該水素発生材料中、非球形の該微粒子が全部又は少なくとも重量で半分以上占め、該亀裂内に取り残された微量該ガリウムを保持してなることを特徴とした水素発生材料。
【請求項２】
アルミニウムを粉砕して得た微粒子全体に微細な亀裂を設けた水素発生材料の製造方法であって、酸素を遮断した反応室内で、アルミニウムにガリウムを作用させたものを打撃粉砕し、該水素発生材料中、非球形の該微粒子を全部又は少なくとも重量で半分以上の割合で得ることを特徴とした水素発生材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の分解により水素ガスを発生させる水素発生材料及び該材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、我々の生活を支えるエネルギーの元である原油が、需要と供給の不安等により高騰したばかりでなく、とうもろこし等の農作物からエタノール等のバイオ燃料を製造するようになったことから世界中の食料も高騰した。
【０００３】
また、地球環境の見地からも従来の化石燃料を軸とするエネルギー政策は、根本から見直しが求められており、世界中で新エネルギーの開発が急がれている。
【０００４】
特に燃焼しても水しか排出しない水素エネルギーの開発が積極的に推進されている。しかし、地球環境を悪化させる温暖化ガスのひとつである二酸化炭素を全く排出しない水からの水素の製造は簡単ではない。
【０００５】
中学校の理科で教えている昔からの方法として、水を電気分解して水素を得る簡単な実験があるが、数十年経た現在も経済的にみると効率において劇的な改善が見られない。
【０００６】
また、単純に加熱のみで水を水素と酸素に熱分解させるには約４，０００℃の高温を必要とするが、そのためのエネルギーを太陽から得るとすると、大型パラボラ鏡などの施設が必要となるうえ、現実的にそれほどの高温に耐えられる容器壁材が無く、あったとしても日中しか稼動させられないという難点がある。
【０００７】
しかし、地球環境を考えた場合に、水からの水素生成に勝るものが無いと考えられることから、究極のエネルギーとしては水素であり、低温で水を分解して得た水素を燃料電池、水素自動車などに使用する技術が求められている。
【０００８】
このため多くの企業で水素発生材料の研究が進められており、特に携帯型パソコン用の固体高分子型燃料電池に用いる水素製造のため様々な水素発生材料が提案されている。例えば、触媒を用いてメタンを水と反応させて分解させる方法、都市ガスを触媒で改質して水素を発生させる方法、水を酸化チタンなどの半導体で光分解して水素を得る方法などがあり、特許文献１、２他多数の文献に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１１５３２６号公報
【特許文献２】特開２００６−１４３５６０号公報
【非特許文献１】「工業化学雑誌」第７２巻、１号、第１０８〜１１３頁（１９６９年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上に述べた従来の水素発生材料では、例えば、特許文献１のように、メタノールを水分子とともに触媒反応で分解する方法では１５０℃以上の高温が必要であり副生成物の一酸化炭素を二酸化炭素にする必要があると同時にメタノールを水に薄めて使用することから大量の水が必要となる、などの不都合がある。また同様に都市ガスを触媒で改質して水素を得る方法でも数百度の熱エネルギーが必要である。
【００１１】
また、特許文献２のように、水蒸気と溶解性鉄塩の微粒子を接触させて水素を発生させる方法が提案されているが、水素還元温度は２８０℃以上、水蒸気酸化温度は２１０℃以上必要であり、水素の生成率は２１０℃で５３％と、携帯型燃料池用に簡単に持ち歩いて使用出来るものではない。
【００１２】
また、非特許文献１の、水を光分解して水素を得る方法は、ホンダ・フジシマ効果そのもので、半導体である酸化チタンを使用して水から水素を生成させるが、太陽光の波長のうちごく一部の紫外線部分しか利用出来ず、また、水素の生成速度が非常に遅いことから水素ガスを長時間蓄積する必要が出てくるなど水素製造方法には適さない。
【００１３】
このように従来の方法では、燃料電池・自動車などの燃料としての水素ガスを製造するのが非常に困難であるというのが実情である。
【００１４】
したがって、本発明は、燃料電池・水素自動車などの燃料となる水素ガスを常温で簡易に安全かつ安価に提供することが出来る水素発生材料及び該材料の製造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】
【００１５】
以上の課題を解決するために、請求項１の発明は、酸素を遮断した反応室内で、アルミニウムにガリウムを作用させたものを打撃粉砕することにより、該アルミニウム微粒子全体に微細な亀裂を設ける製造方法によって得られる水素発生材料であって、該水素発生材料中、非球形の該微粒子が全部又は少なくとも重量で半分以上占め、該亀裂内に取り残された微量該ガリウムを保持してなることを特徴とした水素発生材料を提供する。
【００１６】
又、請求項２の発明は、アルミニウムを粉砕して得た微粒子全体に微細な亀裂を設けた水素発生材料の製造方法であり、酸素を遮断した反応室内で、アルミニウムにガリウムを作用させたものを打撃粉砕し、該水素発生材料中、非球形の該微粒子を全部又は少なくとも重量で半分以上の割合で得ることを特徴とした水素発生材料の製造方法を提供するものである。
【００１７】
ここで、本発明で使用するアルミニウムとガリウムの性状及び作用等を説明する。
【００１８】
アルミニウムは水との反応性が強い金属で、通常のアルミニウムは表面が酸化アルミニウムで覆われており、そのままでは水との反応が弱いが、酸素を遮断した窒素雰囲気などでこのアルミニウム表面の酸化アルミニウムを取り除いて脱気した水を接触させると激しく反応するようになる。
【００１９】
また、アルミニウムに低融点金属であるガリウムをつけて力をかけると曲がらずに折れてしまうが、この現象はアルミニウム多結晶では、ガリウムがアルミニウムの結晶粒と結晶粒の間の結晶粒界部分にしみこみ、結晶粒界の強度を著しく低下させることが原因で液体金属脆化が起こると考えられている。
【００２０】
つまり、低融点金属のガリウムをアルミニウムに充分長い時間つけておけば、アルミニウム表面の低融点金属ガリウムを取り去っても脆化はおきることになる。
【００２１】
従って、ガリウムに浸漬したアルミニウムは、既にガリウムによって脆化しているため簡単に粉砕することが出来る。
【００２２】
本発明では、この脆化の仕組みを利用した水素発生材料を提供する。
【００２３】
加えて、亀裂を有するアルミニウム微粒子を作るに際して、打撃による粉砕機で粉砕した場合には、全体に微小亀裂を生じさせた微粒子は球形とならず、ガリウムによる脆化の作用を受けて無数の亀裂を持った状態で粉砕されるため、様々な形状の微粒子を簡単に作ることが出来、しかも球形微粒子よりも球形でない微粒子の方が表面積が大きくなり、該微粒子表面からその内部に作る亀裂の数も比例して多くなる。更に本発明の水素発生材料の該微粒子間はより多くの空隙を生ずるので嵩張ることになる。
【００２４】
結果として、本発明の該水素発生材料に水を加えて水素を発生させる際に、水との接触面積が更に増えることになるため反応が極限まで進行することになり、しかも反応時間も短縮されるという効果も出てくる。
【発明の効果】
【００２５】
上述してきたように、本発明によれば、地球環境を悪化させるような二酸化炭素を排出せずに常温で安全、安価かつ簡単に水素を発生させることの出来る水素発生材料の製造方法を提供することが出来る。また、上述説明で明白なように、アルミニウムをガリウムに浸漬させ作用させてから引き上げ両者を分離するため、ガリウムはあまり消費することなく効率的かつ経済的にアルミニウムを脆化させ水素発生材料にすることが出来る。また、水との接触面積が更に増えることになるため反応が極限まで進行し、しかも反応時間も短縮されるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。
【００２７】
図においては、１はアルミニウム、２は亀裂、３は融点以上に暖めた液体のガリウム、４は容器、５はボールミル粉砕機、６はボールミル粉砕機５の蓋、７はボールミル粉砕機５の構成要素であるセラミックボール、８は水素発生材料微粒子、９はボールミル粉砕機を稼動させるためのモーター、１０は無酸素室である。
【００２８】
以下、上記構成の動作等を説明する。図１は本発明の請求項１記載の非球形の水素発生材料微粒子８で亀裂２の入ったアルミニウムで、これに脱気した水を加えると容易に水素が発生する。
【００２９】
また、図は本発明の請求項２記載の一実施例で、水素発生材料の製造方法を示したもので全体の工程を酸素を遮断した無酸素室１０内で行う。
【００３０】
図２の左図はアルミニウム１の素材であり、好ましくは、あらかじめ表面の酸化物は除去したものを中央図のように融点温度以上に暖めた液体のガリウム３に一定時間漬けてから引き上げ、右図のボールミル粉砕機５の中にセラミックボール７とともに入れてモーター９で回転させ、粉砕して図１の非球形の水素発生材料微粒子８を得る。なお、この実施例ではボールミル粉砕機５を使用しているが、脆化したアルミニウム１を打撃粉砕さえ出来れば良いので粉砕機の種別は問わない。
【００３１】
これにより、出来上がった水素発生材料の全部又は少なくとも重量で半分以上の非球形の水素発生材料微粒子８を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の１実施例で、水素発生材料である微粒子を模式的に示した概略図。
【図２】本発明の１実施例で水素製造材料の製造過程を模式的に示した概略図。
【符号の説明】
【００３３】
１  アルミニウム
２  亀裂
３  ガリウム
４  容器
５  ボールミル粉砕機
６  蓋
７  セラミックボール
８  水素発生材料微粒子
９  モーター
１０  無酸素室
【図１】
0005429595.tif 000002
【図２】
0005429595.tif 000003