(57)【要約】  安全性を確保した上で製造効率を向上させることができるマグネシウム基水素化物の製造方法を提供する。Ｍｇを主成分とするＭｇインゴットを切削することにより、多数のＭｇ薄片を作成する。Ｍｇ薄片を多数集積した集積物を圧縮・成型することにより、Ｍｇ薄片の圧縮物を作成する。Ｍｇ薄片の圧縮物を水素ガス中に配置してＭｇと水素ガスとを反応させることにより、マグネシウム基水素化物を製造する。Ｍｇ薄片は爆発を起こし難いので、マグネシウム基水素化物の製造がより安全になる。またＭｇ薄片を圧縮することにより、薄片内にひずみが発生してＭｇと水素ガスとが反応し易くなり、マグネシウム基水素化物の収率が向上する。
2010100684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウムを主成分とする原料と水素とが化合したマグネシウム基水素化物を製造する方法において、
マグネシウムを主成分とする薄片を複数集積して圧縮した圧縮物を作成し、
水素ガス雰囲気中で前記圧縮物内の成分と水素ガスとを反応させることにより、マグネシウム基水素化物を製造すること
を特徴とするマグネシウム基水素化物の製造方法。
【請求項２】
マグネシウムを主成分とするインゴットを繰り返し切削することにより、前記薄片を作成することを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム基水素化物の製造方法。
【請求項３】
前記薄片の形状は線状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のマグネシウム基水素化物の製造方法。
【請求項４】
前記薄片の厚みは１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のマグネシウム基水素化物の製造方法。
【請求項５】
前記圧縮物の密度を０．８ｇ／ｃｍ3 以上１．５ｇ／ｃｍ3 以下とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のマグネシウム基水素化物の製造方法。
【請求項６】
前記圧縮物を作成する際に、型内に集積した前記薄片を圧縮することにより前記圧縮物を成型することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のマグネシウム基水素化物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水と反応して水素を発生させるためのマグネシウム基水素化物を効率良く製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭｇＨ2 （水素化マグネシウム）は、アルカリ金属水素化物と同様にＭｇ2+とＨ- との結合からなるイオン結合型水素化物であり、Ｍｇ（マグネシウム）を加熱状態で高圧水素と反応させることによって生成される。ＭｇＨ2 を生成する反応式は次の（１）式で表される。
Ｍｇ  ＋  Ｈ2   →  ＭｇＨ2   …（１）【０００３】
ＭｇＨ2 の粉末は炭灰色で空気中では安定であるものの、水中では水と反応して水素を放出しながら分解する。従って、ＭｇＨ2 は、予め水素を吸蔵しておき、必要時に水と反応させることによって水素を放出する水素吸蔵材料としての利用が可能であると期待されている。ＭｇＨ2 が水と反応する反応式は次の（２）式で表される。
ＭｇＨ2   ＋  ２Ｈ2 Ｏ  →  Ｍｇ（ＯＨ）2   ＋  ２Ｈ2   …（２）【０００４】
特許文献１には、ＭｇＨ2 を効率的に製造する方法が開示されている。特許文献１に開示された技術は、マグネシウムを主成分とする原料粉体を水素ガス雰囲気中に保持し、水素ガスの温度・圧力をＭｇ及びＨ2 が熱力学的に安定な温度・圧力に維持することによりＭｇ表面の皮膜を除去する。次に水素ガスの温度・圧力をＭｇＨ2 が熱力学的に安定な温度・圧力に維持することによりＭｇとＨ2 とを反応させる。この方法を用いることにより、高収率でＭｇＨ2 を製造することが可能となる。
【特許文献１】特許第４０８３７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＭｇとＨ2 とを効率的に反応させてＭｇＨ2 を製造するためには、原材料のＭｇを粉末にすることが望ましい。また原料粉末がより微細であるほどより製造効率は増大する。しかしながら、Ｍｇは延性・展性が大きいので、Ｍｇ粉末をある程度以上微細化することは技術的に困難である。またＭｇ粉末には粉塵爆発の危険性があり、Ｍｇ粉末の微細化には安全上の限界がある。現状では、安定して製造可能なＭｇ粉末の粒径の最小サイズは、７５μｍ（粒度２００メッシュ）となっており、サイズが１ランク大きいＭｇ粉末の粒径の最小サイズは１５０μｍ（粒度１００メッシュ）となっている。このように、Ｍｇ粉末の微細化には限界があるので、Ｍｇ粉末を微細化することによるＭｇＨ2 の製造効率の向上にも限界がある。【０００６】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものである。その目的は、Ｍｇを粉末ではなく薄片状に加工することによって、安全性を確保した上で製造効率を向上させることができるマグネシウム基水素化物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】
【０００７】
本願に開示する方法は、マグネシウムを主成分とする原料と水素とが化合したマグネシウム基水素化物を製造する方法において、マグネシウムを主成分とする薄片を複数集積して圧縮した圧縮物を作成し、水素ガス雰囲気中で前記圧縮物内の成分と水素ガスとを反応させることにより、マグネシウム基水素化物を製造することを特徴とする。【０００８】
当該方法の一観点によれば、Ｍｇを主成分とする薄片を多数集積した集積物を圧縮することにより薄片の圧縮物を作成する。薄片の圧縮物を水素ガス中に置いてＭｇを主成分とする成分と水素ガスとを反応させることにより、マグネシウム基水素化物を製造する。Ｍｇを主成分とする薄片を圧縮することにより、薄片内にひずみが発生してＭｇと水素ガスとが反応し易くなり、マグネシウム基水素化物の収率が向上する。【０００９】
本願に開示する方法は、マグネシウムを主成分とするインゴットを繰り返し切削することにより、前記薄片を作成することを特徴とする。【００１０】
当該方法の一観点によれば、Ｍｇを主成分とする金属のインゴットを切削することにより、多量の薄片を製造する。【００１１】
本願に開示する方法は、前記薄片の形状は線状であることを特徴とする。【００１２】
当該方法の一観点によれば、薄片を線状に形成することにより、薄片は多量に集積し易く、また変形が容易となる。【００１３】
本願に開示する方法は、前記薄片の厚みは１５０μｍ以下であることを特徴とする。【００１４】
当該方法の一観点によれば、薄片の厚みをＭｇ粉末の粒径と同等以下のサイズである１５０μｍ以下とすることができる。【００１５】
本願に開示する方法は、前記圧縮物の密度を０．８ｇ／ｃｍ3 以上１．５ｇ／ｃｍ3 以下とすることを特徴とする。【００１６】
当該方法の一観点によれば、薄片の圧縮物の密度を、Ｍｇの水素化率が高くなる０．８ｇ／ｃｍ3 〜１．５ｇ／ｃｍ3 とすることができる。【００１７】
本願に開示する方法は、前記圧縮物を作成する際に、型内に集積した前記薄片を圧縮することにより前記圧縮物を成型することを特徴とする。【００１８】
当該方法の一観点によれば、薄片の圧縮物を、型を用いて成型することにより、圧縮物を水素ガスと反応させることにより製造したマグネシウム基水素化物の形状を特定の形状に定めることができる。
【発明の効果】
【００１９】
当該方法の一観点によれば、Ｍｇを主成分とする薄片からマグネシウム基水素化物を製造するので、粉塵爆発を起こす可能性があるＭｇ粉末から製造する方法に比べて、安全にマグネシウム基水素化物を製造することができる。また薄片を圧縮することにより、マグネシウム基水素化物の収率が向上するので、マグネシウム基水素化物の製造効率を向上させることが可能となる。【００２０】
当該方法の一観点によれば、インゴットの切削により薄片を製造するので、成分が均一な多量の薄片を容易に製造することが可能となる。【００２１】
当該方法の一観点によれば、薄片は線状に形成するので、板状等のその他の形状に比べて、多数の薄片を集積し易い。また変形が容易であるので、圧縮が容易である。また薄片の圧縮物を自由な形状に成型することが可能となる。【００２２】
当該方法の一観点によれば、薄片の厚みをＭｇ粉末の粒径以下のサイズにすることが可能である。薄片の厚みを薄くするほどＭｇが水素ガスと反応し易くなり、製造するマグネシウム基水素化物の収率を向上させることが可能である。【００２３】
当該方法の一観点によれば、薄片の圧縮物の密度を０．８ｇ／ｃｍ3 〜１．５ｇ／ｃｍ3 とすることによりＭｇの水素化率が最大となり、マグネシウム基水素化物の収率を最大化することができる。【００２４】
当該方法の一観点によれば、製造したマグネシウム基水素化物の形状を成型により特定の形状に定めることができる。従って、水素発生装置で利用し易い最適な形状にマグネシウム基水素化物を形成することが可能となる。また、効率的に水素ガスを発生させ、水素発生装置を小型化することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】マグネシウム基水素化物の製造方法の概要を示す概念図である。
【図２】実施形態で使用するＭｇインゴットの例を示す模式的斜視図である。
【図３】Ｍｇインゴットを切削する方法を示す模式図である。
【図４】Ｍｇインゴットの切削により作成されたＭｇ薄片を示す模式的平面図である。
【図５】Ｍｇ薄片を圧縮・成型する方法を示す模式図である。
【図６】Ｍｇ薄片の圧縮物の例を示す模式図である。
【図７】Ｍｇと水素ガスとを反応させる反応装置の構成例を示す模式図である。
【図８】水素ガス雰囲気中におけるＭｇと水素との簡略的な平衡状態図である。
【図９】ＭｇＨ2 を製造するために水素ガス雰囲気の温度を調整した温度履歴の例を示す特性図である。
【図１０】実施形態によるＭｇの水素化率を示す特性図である。
【図１１】熱処理後のマグネシウム基水素化物の断面を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１１  Ｍｇインゴット
１２  Ｍｇ薄片
１４  圧縮物
１５  マグネシウム基水素化物
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
実施の形態１
図１は、マグネシウム基水素化物の製造方法の概要を示す概念図である。まず、単体のＭｇの塊であるＭｇインゴットを切削することにより、Ｍｇ薄片を作成する。このとき、Ｍｇ薄片の厚みは、２０μｍ等の１５０μｍ以下の厚みとする。現状で製造可能な小さいサイズのＭｇ粉末の粒径は７５μｍ〜１５０μｍであり、安全上Ｍｇ粉末の粒径を７５μｍ未満とすることはできない。実施形態では、Ｍｇ薄片の厚みはＭｇ粉末の粒径と同等以下の１５０μｍ以下であり、Ｍｇを薄片とすることで、Ｍｇ薄片の厚みをＭｇ粉末の粒径よりも小さい７５μｍ未満にすることが可能である。次に、作成した多数のＭｇ薄片を所定量集積し、集積したＭｇ薄片を金型及びプレス機を用いて圧縮・成型することにより、所定の形状に成型されたＭｇの圧縮物を作成する。次に、Ｍｇの圧縮物を水素ガス雰囲気中に配置し、水素ガスの温度・圧力を調整することにより、圧縮物中のＭｇと水素ガスとを反応させる。水素ガスの温度・圧力を調整する方法は、特許文献１に開示された方法と同様の方法を用いる。Ｍｇと水素ガスとの間で（１）式に示す反応が発生し、マグネシウム基水素化物であるＭｇＨ2 が製造される。【００２８】
図２は、実施形態で使用するＭｇインゴットの例を示す模式的斜視図である。Ｍｇインゴット１１は、金属Ｍｇを長尺の板状に成形したＭｇ片またはインゴットである。Ｍｇインゴット１１の幅及び厚みは、後述するＭｇ薄片の長さ及び幅があまり大きくなり過ぎないサイズにする。例えば、Ｍｇインゴット１１の厚みは１００ｍｍ以下、Ｍｇインゴット１１の幅は２００ｍｍ以下程度とする。なお本実施形態で述べる数値は一例でありこれに限るものではない。【００２９】
図３は、Ｍｇインゴット１１を切削する方法を示す模式図である。Ｍｇインゴット１１を切削する切削装置は、円周面に複数の切削刃２２，２２，…を設けてある回転ドラム２１と、回転ドラム２１に対してＭｇインゴット１１を押し付ける送り機２３とを備える。回転ドラム２１が回転することにより、切削刃２２，２２，…は円運動を行う。回転ドラム２１は、内部に冷却水が通流し、冷却される構成となっている。送り機２３は、Ｍｇインゴット１１を長尺方向に移動させ、回転する回転ドラム２１に対してＭｇインゴット１１の端を押し付ける。回転ドラム２１の回転によって円運動を行う切削刃２２，２２，…は、押し付けられるＭｇインゴット１１を端から繰り返し切削する。このとき、切削刃２２はＭｇインゴット１１の厚み方向又は幅方向に移動してＭｇインゴット１１の端を削り取る。切削刃２２，２２，…が順次Ｍｇインゴット１１の端を削り取ることにより、Ｍｇインゴット１１の端が繰り返し切削される。切削刃２２により削り取られたＭｇインゴット１１の切れ端がＭｇ薄片となる。切削装置は、回転ドラム２１及び送り機２３をグローブボックス内に備え、Ｍｇインゴット１１の切削をアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行うことができる構成となっている。爆発の防止のため、Ｍｇインゴット１１の切削は不活性ガス雰囲気中で行うことが望ましい。【００３０】
図４は、Ｍｇインゴット１１の切削により作成されたＭｇ薄片１２を示す模式的平面図である。Ｍｇ薄片１２は長尺の線状に形成される。Ｍｇ薄片１２の幅は切削刃２２の回転ドラム２１軸方向における長さに相当するサイズとなる。また、Ｍｇ薄片１２の長さはＭｇインゴット１１の厚みに相当するサイズとなる。例えば、Ｍｇ薄片１２の幅は１〜３ｍｍ、Ｍｇ薄片１２の長さは１００ｍｍ以下程度となる。Ｍｇ薄片１２の厚みは、切削刃２２，２２，…が回転ドラム２１の円周面に設けられた間隔、回転ドラム２１の回転速度、及び送り機２３によるＭｇインゴット１１の送り速度によって決定される。実際には、Ｍｇインゴット１１の送り速度を制御することによってＭｇ薄片１２の厚みを調整する。このとき、Ｍｇ薄片１２の厚みが２０μｍ〜３０μｍになるようにＭｇインゴット１１の送り速度を制御する。Ｍｇ薄片１２は、線状に形成することにより、Ｍｇ薄片１２を集積した場合には互いに絡み合って大量に集積し易く、また圧縮することによって容易に変形する。【００３１】
図５は、Ｍｇ薄片１２を圧縮・成型する方法を示す模式図である。多数のＭｇ薄片１２が集積した集積物１３を金型３１に投入し、プレス機３２によりＭｇ薄片１２の集積物１３をプレスする。プレスによってＭｇ薄片１２の集積物１３は圧縮され、Ｍｇ薄片１２の集積物１３を圧縮した圧縮物が作成される。図６は、Ｍｇ薄片１２の圧縮物１４の例を示す模式図である。Ｍｇ薄片１２の圧縮物１４は、Ｍｇ薄片１２の集積物１３が投入された金型３１内の形状に応じた形状に成型される。図６には、Ｍｇ薄片１２の圧縮物１４が円柱形状に形成された例を示している。Ｍｇ薄片１２の圧縮物１４の形状及びサイズは、金型３１の形状及びサイズを変更することにより調整することができる。図６にはＭｇ薄片１２の圧縮物１４を円柱状に成型した例を示したが、棒状、板状又は直方体状等、その他の形状に成型することも可能である。実際には、Ｍｇ薄片１２の圧縮物１４の形状は、ＭｇＨ2 を利用する機器に合わせた適切な形状に調整すればよい。なお、集積物１３に対する圧縮方法としてプレス機３２を用いた例を示したがこれに限るものではない。圧縮方法には数々の方式があり、ローラを用いた圧縮方式等、他の方式を用いても良い。【００３２】
図７は、Ｍｇと水素ガスとを反応させる反応装置の構成例を示す模式図である。反応装置は、加熱炉４２内に、Ｍｇ薄片１２の圧縮物１４及び高圧の水素ガスを封入できる封入容器４１を配置して構成されている。封入容器４１は、内部の雰囲気を高温高圧に保つことができる耐圧容器であり、内部にＭｇ薄片１２の圧縮物１４を配置することができる構成となっている。なお、封入容器４１内には、複数の圧縮物１４を配置するようにしてもよい。また封入容器４１には、高圧水素ボンベ及び圧力調整器等からなり、封入容器４１内に高圧の水素ガスを供給する水素ガス供給部４５が設けられている。更に封入容器４１には、減圧器及びマイクロコントローラ等からなり、封入容器４１内の水素ガス雰囲気の圧力を任意の圧力に制御することができる圧力制御部４６が設けられている。【００３３】
加熱炉４２は、加熱炉４２内を加熱するためのヒータ４３，４３、封入容器４１内外の温度を検出する温度センサ４４，４４を備えている。温度センサ４４，４４には例えば熱電対が用いられる。ヒータ４３，４３及び温度センサ４４，４４は、ヒータ４３，４３に加熱用の電流を供給する電源及びマイクロコントローラ等からなる温度制御部４７に接続されている。温度制御部４７は、封入容器４１内の温度を任意の温度に制御することができる。なお、反応装置はより多数の温度センサ４４，４４を備えた形態でもよい。【００３４】
反応装置で封入容器４１内の水素ガス雰囲気の圧力・温度を調整する方法は、特許文献１に開示された方法を用いる。即ち、水素ガスの温度・圧力を、Ｍｇ及びＨ2 が熱力学的に安定な温度・圧力に一旦維持し、次にＭｇＨ2 が熱力学的に安定な温度・圧力に維持する方法を用いる。図８は、水素ガス雰囲気中におけるＭｇと水素との簡略的な平衡状態図である。図中の横軸は水素ガス雰囲気中の温度を示し、縦軸は水素ガス雰囲気の圧力を示す。ＭｇとＨ2 とが化合してＭｇＨ2 が生成する（１）式の反応は可逆反応であり、ＭｇＨ2 がＭｇとＨ2 とに分解する逆反応が存在する。図８中の曲線は、（１）式の反応とその逆反応との平衡曲線を示す。平衡曲線の右側にある温度・圧力領域では、ＭｇＨ2 がＭｇとＨ2 とに分解する反応の方が支配的となっており、この温度・圧力領域ではＭｇとＨ2 とが熱力学的に安定に共存する。平衡曲線の左側にある温度・圧力領域では、ＭｇとＨ2 とが化合してＭｇＨ2 が生成する反応の方が支配的となっており、この温度・圧力領域ではＭｇＨ2 が熱力学的に安定に存在する。【００３５】
図９は、ＭｇＨ2 を製造するために水素ガス雰囲気の温度を調整した温度履歴の例を示す特性図である。圧力制御部４６により水素ガス雰囲気の圧力を４ＭＰａの一定に保ちながら、温度制御部４７により水素ガス雰囲気の温度を室温から５５０℃まで上昇させる。そして、平衡曲線上の４ＭＰａに対応する温度よりも高温の５５０℃に温度を維持させる第１の熱処理を行う。第１の熱処理中では、温度・圧力領域はＭｇとＨ2 とが安定に共存する領域であり、水素ガスによる還元反応により、Ｍｇ表面の皮膜が除去される。次に、圧力制御部４６により水素ガス雰囲気の圧力を４ＭＰａの一定に保ちながら、温度制御部４７により、水素ガス雰囲気の温度を４００℃まで低下させる。そして、平衡曲線上の４ＭＰａに対応する温度よりも低温の４００℃に温度を所定期間維持させる第２の熱処理を行う。第２の熱処理中では、温度・圧力領域はＭｇＨ2 が安定な領域であり、Ｍｇ薄片１２の圧縮物１４に含まれるＭｇと水素ガスとが反応し、ＭｇＨ2 が生成される。なお、ここで説明した温度及び圧力の値は一例であり、これに限るものではない。Ｍｇ及びＨ2 が安定な温度・圧力に一旦維持して次にＭｇＨ2 が安定な温度・圧力に維持する方法を用いるのであれば、具体的な温度及び圧力の値は他の値を用いてもよい。【００３６】
以上説明した製造方法により、ＭｇＨ2 の固形物が製造される。製造されたＭｇＨ2 の固形物は、図６に示すＭｇ薄片１２の圧縮物１４とほぼ同等の形状をなし、ＭｇがＭｇＨ2 となった分だけ体積が膨張している。Ｍｇ薄片１２の圧縮物１４を製造する際には、ＭｇＨ2 の固形物が圧縮物１４よりも膨張することを考慮に入れた上で、ＭｇＨ2 の固形物のサイズがＭｇＨ2 を利用する機器に合わせた適切なサイズになるように圧縮物１４のサイズを調整すればよい。完成したＭｇＨ2 の固形物は、水に投入することにより、ＭｇＨ2 と水とが反応して水素ガスが生成する（２）式の反応が起こり、水素ガスを発生させる。例えば、燃料電池の水素発生源とするために、ＭｇＨ2 の固形物を順次水に投入して水素ガスを連続的に発生させる水素発生装置を実現することができる。ＭｇＨ2 の固形物は所定の形状に成型されているので、保管、運搬、及び水素発生装置での取り扱いが容易である。【００３７】
図１０は、実施形態によるＭｇの水素化率を示す特性図である。実施形態によりＭｇＨ2 の固形物を製造し、原料に含まれるＭｇの内、どれだけの割合がＭｇＨ2 となって水素化されたかを調べた。図１０中の横軸は圧縮・成型により作成したＭｇ薄片１２の圧縮物１４の密度を示す。縦軸は、夫々の密度の圧縮物１４を図７に示す反応装置で水素ガスと反応させることによって作成したＭｇＨ2 の固形物の水素化率を示す。図中の丸印は、第２の熱処理での処理時間を３０時間とした試料の結果を示し、図中の三角印は、第２の熱処理での処理時間をより長時間の４５時間とした試料の結果を示す。水素化率は、以下の（３）式により計算した。（３）式中の２６はＭｇＨ2 の分子量であり、２４はＭｇの原子量である。
水素化率＝（製造したＭｇＨ2 の固形物の測定質量）
／｛（Ｍｇ薄片の圧縮物の測定質量）×（２６／２４）｝  …（３）【００３８】
製造したＭｇＨ2 の固形物を水素発生源として利用するためには、水素化率はより高い方が望ましい。図１０によれば、Ｍｇ薄片１２の圧縮物１４の密度が大きいほど水素化率は高くなり、また第２の熱処理の処理時間が長い方が水素化率は高い。密度が高くなると、各Ｍｇ薄片１２に加わる圧力が増し、Ｍｇ薄片１２内にひずみが発生する。ひずみの存在によってＭｇ薄片１２内に水素ガスが浸入し易くなり、Ｍｇ薄片１２中のＭｇ原子と水素原子とが反応し易くなるので、水素化率が高くなると推測される。但し、圧縮物１４の密度が単体Ｍｇの密度である１．７２ｇ／ｃｍ3 に近づくほど、水素化率の増加率は小さくなり、最終的には水素化率は減少する。これは、圧縮物１４の密度が単体Ｍｇの密度に近くなるとＭｇ薄片１２内に水素ガスが浸入し難くなるためであると推測される。Ｍｇ薄片１２の圧縮物１４の密度を０．８ｇ／ｃｍ3 〜１．５ｇ／ｃｍ3 とすれば、５０％以上の水素化率が確保される。従って、Ｍｇ薄片１２の圧縮物１４は、密度が０．８ｇ／ｃｍ3 〜１．５ｇ／ｃｍ3 となる範囲で圧縮することが望ましい。また圧縮物１４の密度を１．０ｇ／ｃｍ3 〜１．５ｇ／ｃｍ3 とすれば、水素化率を７０％以上とすることができる。【００３９】
以上詳述した如く、実施形態の一観点によれば、Ｍｇインゴット１１を切削することによりＭｇ薄片１２を作成する。そして、多数のＭｇ薄片１２を圧縮・成型し、Ｍｇ薄片１２の圧縮物１４を作成する。次いで、Ｍｇ薄片１２の圧縮物１４を水素ガスと反応させることによりＭｇＨ2 の固形物を製造する。Ｍｇ薄片１２は粉末と異なって粉塵爆発を起こし難いので、より安全にＭｇＨ2 を製造することができる。現状の小さいサイズのＭｇ粉末の粒径は７５μｍ〜１５０μｍであるのに対し、粉塵爆発を起こし難いＭｇ薄片１２の厚みは、Ｍｇ粉末の粒径と同等以下の１５０μｍ以下である。また、Ｍｇ粉末の粒径よりも小さい７５μｍ未満とすることも可能である。例えば本実施例ではＭｇ薄片１２の厚みは２０μｍ〜３０μｍである。Ｍｇ薄片１２の厚みを薄くするほどＭｇが水素ガスと反応し易くなり、製造するＭｇＨ2 の収率を向上させることができる。またＭｇ薄片１２を圧縮することにより、ＭｇＨ2 の収率が向上し、ＭｇＨ2 の製造効率を向上させることができる。【００４０】
またＭｇ薄片１２の原料となるＭｇインゴット１１は、通常、ほぼ均質に生成される。従って、Ｍｇインゴット１１を切削することでＭｇ薄片１２を作成することにより、成分の均一な大量のＭｇ薄片１２を容易に作成することができる。Ｍｇ薄片１２の成分を調整するためにはＭｇインゴット１１の成分を調整すればよく、ＭｇＨ2 の品質の調整が容易である。またＭｇ薄片１２は線状に形成するので、板状等のその他の形状に比べて、多数のＭｇ薄片１２を集積し易い。また変形が容易であるので、圧縮が容易である。Ｍｇ薄片１２の圧縮物１４を自由な形状に成型することが可能となる。またＭｇ薄片１２の圧縮物１４は圧縮時に型を用いて成型するので、製造されたＭｇＨ2 の固形物の形状を特定の形状に定めることができる。水素発生装置で利用し易い最適な形状にＭｇＨ2 の固形物を形成することも可能であるので、効率的に水素ガスを発生させることが可能となる。また水素発生装置を小型化することも可能となる。【００４１】
なお、本実施の形態においては、Ｍｇインゴット１１の形状を板状とし、Ｍｇ薄片１２の形状を線状であるとしたが、Ｍｇインゴット１１及びＭｇ薄片１２の形状はその他の形状であってもよい。例えば、Ｍｇインゴット１１は丸棒の形状をなし、Ｍｇ薄片１２は、丸棒形状のＭｇインゴット１１を端から削り取って作成した円形シート状の形状をなしていてもよい。また、本実施の形態においては、単体のＭｇを原材料としてＭｇＨ2 を製造する形態を示した。しかし実施形態では、金属ＭｇにＭｇ以外の金属元素又は非金属元素を添加した材料を原材料として用いて、ＭｇＨ2 を主成分としたマグネシウム基水素化物を製造しても良い。【００４２】
実施の形態２
実施の形態１で述べた数値はあくまで一例でありこれに限るものではない。さらに以下の方法であっても良い。圧縮物の密度は、０．４ｇ／ｃｍ3 以上０．８ｇ／ｃｍ3 未満としても良い。また、圧縮物の密度は、０．４ｇ／ｃｍ3 以上０．８ｇ／ｃｍ3 未満であり、かつ、水素ガス雰囲気中で圧縮物内の成分と水素ガスとを反応させることにより、水素化率が３０％以上５０％未満のマグネシウム基水素化物を製造しても良い。【００４３】
図１１は熱処理後のマグネシウム基水素化物の断面を示す模式的断面図である。１５は、実施の形態１で述べた圧縮処理及び熱処理を施したマグネシウム基水素化物の一部である。マグネシウム基水素化物１５はＭｇ部分１５２、及び、Ｍｇ部分１５２の外周を覆うＭｇＨ２部分１５１を含む。図１１に示す如く、マグネシウム基水素化物１５の断面は中央部にＭｇ部分１５２が存在し、当該Ｍｇ部分１５２の外周をＭｇＨ２部分１５１が覆っている。圧縮率を高めることによりＭｇＨ２部分１５１が占める割合が増大する。また熱処理時間を延長することによりＭｇＨ２部分１５１が占める割合が増大する。なお、圧縮率を高めると共に、熱処理時間をも延長することによりＭｇＨ２部分１５１が占める割合が増大する。ＭｇＨ２部分１５１の増大により収率が向上する。【００４４】
その一方で、圧縮率の向上に伴い、圧縮に要する時間及びコストが増大する。また長時間熱処理を施した方が水素化率も向上する。しかし、同様に熱処理に要する時間及びコストが増大する。発明者らはさらなる研究を進めた結果、圧縮物の密度は、０．４ｇ／ｃｍ3 以上０．８ｇ／ｃｍ3 未満の場合は、安全性を確保した上で、時間及びコストを低減しつつ、十分な水素を得ることができることを知見した。さらに、圧縮物の密度が、０．４ｇ／ｃｍ3 以上０．８ｇ／ｃｍ3 未満であり、かつ、水素ガス雰囲気中で圧縮物内の成分と水素ガスとを反応させることにより、水素化率が３０％以上５０％未満のマグネシウム基水素化物１５を製造した。当該マグネシウム基水素化物１５でも、安全性を確保した上で、時間及びコストを低減しつつ、十分な水素を得ることができることを知見した。【００４５】
例えば１００℃の水蒸気をマグネシウム基水素化物１５にあてた場合、外周のＭｇＨ２部分１５１には（２）式に示す反応がおこり、２Ｈ２が発生する。さらに内部のＭｇ部分１５２には以下の（４）式で示す反応が起こる。
Ｍｇ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＭｇＯ  ＋Ｈ２    （４）
なお、（４）式は以下の（５）式及び（６）式に示す反応に分解される。
Ｍｇ  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  Ｍｇ（ＯＨ）２＋  Ｈ２    （５）
Ｍｇ（ＯＨ）２  →  ＭｇＯ  ＋  Ｈ２Ｏ    （６）【００４６】
外周のＭｇＨ２部分１５１について反応が開始され、当該反応による反応熱が内部のＭｇ部分１５２に伝達され、（４）式に示す反応が起こる。そしてＨ２が発生する。以上述べた式（２）及び式（４）に示すとおり、２Ｈ２及びＨ２を得ることが可能となる。また発明者らは試験を行うことにより、密度が０．４ｇ／ｃｍ3 以上、水素化率が３０％以上であれば外周のＭｇＨ２部分１５１に亀裂が生じることなく、内部のＭｇ部分１５２を保護することができることを確認した。例えば、マグネシウム基水素化物１５の縦、横、及び奥行きが５ｃｍ、１０ｃｍ、１０ｃｍであり、体積が５００ｃｍ３であるとする。【００４７】
水素化率を３０％以上確保するためには、ＭｇＨ２部分１５１の体積が１５０ｃｍ３以上であることが必要とされる。例えば、Ｍｇ部分１５２の縦、横、及び奥行きを４．１ｃｍ、９．１ｃｍ、９．１ｃｍとする。この場合、ＭｇＨ２部分１５１の縦方向の厚み、横方向の厚み、奥行き方向の厚みは、０．４５ｃｍとなる。Ｍｇ部分１５２の体積は３３９．５２１ｃｍ３、ＭｇＨ２部分１５１部分の体積は、１６０．４７９ｃｍ３となる。これにより、水素化率３０％以上が確保される。【００４８】
さらに、ＭｇＨ２部分１５１の厚みを薄くした。上述の例において、Ｍｇ部分１５２の縦、横、及び奥行きを４．２ｃｍ、９．２ｃｍ、９．２ｃｍとする。この場合、ＭｇＨ２部分１５１の縦方向の厚み、横方向の厚み、奥行き方向の厚みは、０．４ｃｍとなる。Ｍｇ部分１５２の体積は３５５．４８８ｃｍ３、ＭｇＨ２部分１５１部分の体積は１４４．５１２ｃｍ３となる。水素化率は約２８．９％に低下する。水素化率が３０％以下であることから、マグネシウム基水素化物１５の外周に亀裂が生じる虞がある。この場合、内部のＭｇが露出し発火の原因となる。【００４９】
以上のとおり、所定の強度を確保した上で、発火の虞があるＭｇ部分１５２を、化学的に安定したＭｇＨ２部分１５１によりコーティングする。従って、製造コスト及び時間を低減しつつ、豊富に水素を得ることができる。また安全性の高いマグネシウム基水素化物１５を提供することが可能となる。【００５０】
さらに式（４）で発生したＭｇＯと二酸化炭素とを反応させ、炭酸マグネシウムとして安定的に固定させても良い。（４）式の反応を終えたＭｇＯを抽出し、式（７）で示す如く、ＭｇＯとＣＯ２とを反応させる。
ＭｇＯ  ＋  ＣＯ２  →  ＭｇＣＯ３    （７）
このように、ＣＯ２を炭酸マグネシウムとして固定することとしたので、医薬品、滑り止め剤、または、工業原料等として再利用することが可能となる。また二酸化炭素を、コストをかけて地中に貯留する必要もなくなる。【００５１】
本実施形態においては、円柱状または四角柱状のマグネシウム基水素化物１５を一例として挙げたが当該形状に限るものではない。表面積を増大することが可能な形状であれば、他の形状であっても良い。例えばマグネシウム基水素化物１５の表面を凹凸形状としても良い。この場合、表面に凹凸形状に対応する凸凹形状を有する金型３１を用いる。さらに、マグネシウム基水素化物１５をドーナツ形状としても良い。この場合、円柱状のホルダにマグネシウム基水素化物１５の内周部分を貫通させる。同様に複数のマグネシウム基水素化物１５、１５、・・・の内周部分を円柱状のホルダに貫通させる。これにより複数のマグネシウム基水素化物１５の運搬及び利用が容易となる。【００５２】
本実施の形態２は以上の如きであり、その他は実施の形態１と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。【００５３】
実施の形態３
圧縮処理及び熱処理を経ることにより得られたマグネシウム基水素化物１５を粉末状としても良い。水素ガス雰囲気中で圧縮物１４内の成分と水素ガスとを反応させることにより、製造したマグネシウム基水素化物１５を、破砕機へ投入する。なお、ＭｇＨ２はＭｇと比較し、もろく粉砕しやすい。破砕機は一軸方式、二軸方式またはハンマー方式等のものを用いればよい。破砕機はマグネシウム基水素化物１５を数ｍｍ程度の大きさに破砕する。【００５４】
続いて破砕後のマグネシウム基水素化物１５を粉砕機へ投入し、マグネシウム基水素化物１５を粉末状とする。粉砕機は数十μｍ程度の粒径へ粉砕可能なもの、または、数μｍ以下の粒径へ粉砕可能な超微粒化装置を用いる。これにより、ユーザのニーズに応じて、所定粒径を持つ粉末状のマグネシウム基水素化物１５を得ることができる。【００５５】
本実施の形態３は以上の如きであり、その他は実施の形態１及び２と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明では、マグネシウム基水素化物を効率的に製造することが可能である。本発明により製造したマグネシウム基水素化物は、燃料電池の水素発生源として利用することにより、効率の良いエネルギー源として利用することが可能である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年11月4日(2009.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本願に開示する方法は、マグネシウムを主成分とする原料と水素とが化合したマグネシウム基水素化物を製造する方法において、マグネシウムを主成分とする厚み１５０μｍ以下である薄片を複数集積して圧縮した圧縮物を作成し、水素ガス雰囲気中で前記圧縮物内の成分と水素ガスとを反応させることにより、マグネシウム基水素化物を製造することを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウムを主成分とする原料と水素とが化合したマグネシウム基水素化物を製造する方法において、
マグネシウムを主成分とする厚み１５０μｍ以下である薄片を複数集積して圧縮した圧縮物を作成し、
水素ガス雰囲気中で前記圧縮物内の成分と水素ガスとを反応させることにより、マグネシウム基水素化物を製造すること
を特徴とするマグネシウム基水素化物の製造方法。
【請求項２】
マグネシウムを主成分とするインゴットを繰り返し切削することにより、前記薄片を作成することを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム基水素化物の製造方法。
【請求項３】
前記薄片の形状は線状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のマグネシウム基水素化物の製造方法。
【請求項４】
前記圧縮物の密度を０．８ｇ／ｃｍ3 以上１．５ｇ／ｃｍ3 以下とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のマグネシウム基水素化物の製造方法。
【請求項５】
前記圧縮物を作成する際に、型内に集積した前記薄片を圧縮することにより前記圧縮物を成型することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のマグネシウム基水素化物の製造方法。
【国際調査報告】
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