(57)【要約】【課題】  固体水素燃料、液体吸収材料、及び相変化材料を有する水素生成システムを提供する。【解決手段】  吸収材料内の液体（通常は、水、アルコール、又はアルコールの水溶液、塩の水溶液、又は酸の水溶液）が固体水素燃料に触れたときに、固体水素燃料は上記液体と反応し、水素と放出するとともに熱を発する。発生した熱が溜まると、反応温度を上昇させ、水素放出速度を押し上げようとする。反応温度を安定させるために、反応熱を吸収し蓄積する相変化材料が固体水素燃料と隣り合って配置されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素生成システムであって、
固体水素燃料と、
前記システム内の液体を吸収する吸収材料と、
水素放出反応の起こる位置と隣り合って配置される相変化材料であって、前記液体と前記固体水素燃料とによって起こる水素放出反応で発生した反応熱を吸収・蓄積し、反応温度を維持し、それにより水素放出反応の水素放出速度を制御し、水素の流量を安定化する相変化材料と、
を備えることを特徴とする水素生成システム。
【請求項２】
請求項１に記載の水素生成システムにおいて、
前記相変化材料と前記固体水素燃料と前記吸収材料は１つのパックに収容される、
ことを特徴とする水素生成システム。
【請求項３】
請求項１に記載の水素生成システムにおいて、
前記固体水素燃料と前記吸収材料はパック内で混ぜられており、
前記相変化材料は前記パックの外側に配置され、前記パックが配置される容器に直接的に接触している、
ことを特徴とする水素生成システム。
【請求項４】
請求項１に記載の水素生成システムにおいて、
前記吸収材料は、水、アルコール及びその水溶液、塩の水溶液、又は酸の水溶液である前記液体を含浸し、
前記固体水素燃料は、少なくとも、前記液体と反応して水素放出反応を引き起こす固体水素化物粉末と、水素を生成する水素放出反応に触媒作用を与える固体水素放出触媒とを含む、
ことを特徴とする水素生成システム。
【請求項５】
請求項４に記載の水素生成システムにおいて、
前記固体水素化物粉末は、水素化ホウ素、窒化水素、炭化水素、金属水素化物、ニトロジェンボロハイドライド（ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、カーボンボロハイドライド（ｃａｒｂｏｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、ニトロジェンカーボンハイドライド（ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルボロハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルニトロジェンハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルカーボンハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルニトロジェンボロハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルカーボンボロハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルニトロジェンカーボンハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｈｙｄｒｉｄｅ）、ニトロジェンカーボンボロハイドライド（ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルニトロジェンカーボンボロハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、及び、これらの組合せ、からなる群から選択されるか、或いは、水素化物または化学式ＢｘＮｙＨｚで表わされる化合物である、
ことを特徴とする水素生成システム。
【請求項６】
請求項５に記載の水素生成システムにおいて、
前記固体水素化物粉末は、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、水素化アルミニウムリチウム（ＬｉＡｌＨ４）、水素化アルミニウムナトリウム（ＮａＡｌＨ４）、水素化アルミニウムマグネシウム（Ｍｇ（ＡｌＨ４）２）、水素化アルミニウムカルシウム（Ｃａ（ＡｌＨ４）２）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ４）、水素化ホウ素カリウム（ＫＢＨ４）、水素化ホウ素ベリリウム（Ｂｅ（ＢＨ４）２）、水素化ホウ素マグネシウム（Ｍｇ（ＢＨ４）２）、水素化ホウ素カルシウム（Ｃａ（ＢＨ４）２）、水素化リチウム（ＬｉＨ）、水素化ナトリウム（ＮａＨ）、水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）、及び水素化カルシウム（ＣａＨ２）からなる群から選択される、
ことを特徴とする水素生成システム。
【請求項７】
請求項４に記載の水素生成システムにおいて、
前記固体水素放出触媒は、固体酸、または、ルテニウム、コバルト、ニッケル、銅、および鉄の少なくとも一つを含む金属塩、または、ルテニウム、コバルト、ニッケル、銅、および鉄の少なくとも一つを含む金属ナノ粒子／マイクロ粒子、または、ルテニウム、コバルト、ニッケル、銅、および鉄の少なくとも一つを含む金属イオン／金属原子／金属ナノ粒子／金属マイクロ粒子によって覆われた複数の触媒金属キャリアを含み、
前記吸収材料はコットンと少なくとも吸収性ポリマーとを含み、前記吸収性ポリマーは、ポリアクリル酸塩、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル共重合体、ポリウレタン、ポリエチレンオキシド、及びデンプングラフトコポリマー／ゴム混合物のうちの少なくとも１つ又は複数を含む、
ことを特徴とする水素生成システム。
【請求項８】
請求項４に記載の水素生成システムにおいて、
前記固体水素燃料は疎水性ポリマーエラストマーを含むフレキシブルポリマーマトリクスを有する、
ことを特徴とする水素生成システム。
【請求項９】
請求項１に記載の水素生成システムにおいて、
前記相変化材料は、無機相変化材料、有機相変化材料及びそれらの組み合わせからなる表１Ａ〜表４に列挙された化合物群から選択され、
前記有機相変化材料は、脂肪族化合物と多価アルコールとパラフィンワックスとからなる群から選択され、
前記無機相変化材料は、酸、又は１５℃〜１２０℃の範囲の融点を有する水和塩である、
ことを特徴とする水素生成システム。
【請求項１０】
固体水素燃料を使用して水素を生成する方法において、
少なくとも固体水素化物粉末と固体水素放出触媒とを含む固体水素燃料を準備し、
燃料パック内の前記固体水素燃料と混ぜられる吸収材料を準備し、
水、アルコールとその水溶液、塩の水溶液、酸の水溶液、又はそれらの混合物の液体を含む液体パックを準備し、
前記固体水素燃料と隣り合って配置される相変化材料を準備し、
水素放出反応を起こすために前記液体パックの水又は水溶液を前記燃料パックに入れる方法であって、
前記吸収材料は、水、アルコール及びその水溶液、塩の水溶液、酸の水溶液、又はそれらの混合物である前記液体の吸収が可能であり、
前記相変化材料は前記固体水素燃料と前記液体とによって起こる前記水素放出反応の温度の安定化のために用いられる、
ことを特徴とする水素を生成する方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の水素を生成する方法であって、
前記相変化材料と前記固体水素燃料と前記吸収材料は前記燃料パックに収容されている、
ことを特徴とする水素を生成する方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の水素を生成する方法であって、
前記相変化材料は前記燃料パックの外側に配置され、前記燃料パックが配置される容器に直接的に接触している、
ことを特徴とする水素を生成する方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の水素を生成する方法であって、
前記固体水素化物粉末は、水素化ホウ素、窒化水素、炭化水素、金属水素化物、ニトロジェンボロハイドライド（ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、カーボンボロハイドライド（ｃａｒｂｏｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、ニトロジェンカーボンハイドライド（ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルボロハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルニトロジェンハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルカーボンハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルニトロジェンボロハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルカーボンボロハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルニトロジェンカーボンハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｈｙｄｒｉｄｅ）、ニトロジェンカーボンボロハイドライド（ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルニトロジェンカーボンボロハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、及び、これらの組合せ、からなる群から選択される、
ことを特徴とする水素を生成する方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の水素を生成する方法において、
前記固体水素放出触媒は、固体酸、または、ルテニウム、コバルト、ニッケル、銅、および鉄の少なくとも一つを含む金属塩、または、ルテニウム、コバルト、ニッケル、銅、および鉄の少なくとも一つを含む金属ナノ粒子／マイクロ粒子、または、ルテニウム、コバルト、ニッケル、銅、および鉄の少なくとも一つを含む金属イオン／金属原子／金属ナノ粒子／金属マイクロ粒子によって覆われた複数の触媒金属キャリアを含み、
前記吸収材料はコットンと少なくとも吸収性ポリマーとを含み、前記吸収性ポリマーは、ポリアクリル酸塩、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル共重合体、ポリウレタン、ポリエチレンオキシド、及びデンプングラフトコポリマー／ゴム混合物のうちの少なくとも１つ又は複数を含む、
ことを特徴とする水素を生成する方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載の水素を生成する方法において、
前記固体水素燃料は疎水性ポリマーエラストマーを有するフレキシブルポリマーマトリクスを含む、
ことを特徴とする水素を生成する方法。
【請求項１６】
請求項１０に記載の水素を生成する方法において、
前記相変化材料は、無機相変化材料と有機相変化材料とそれらの組み合わせとを構成要素とする、表１Ａ〜表４に列挙された化合物群から選択され、
前記有機相変化材料は、脂肪族化合物と多価アルコールとパラフィンワックスとを構成要素とする群から選択され、
前記無機相変化材料は、酸、又は１５℃〜１２０℃の範囲の融点を有する水和塩である、
ことを特徴とする水素生成システム。
【請求項１７】
固体水素燃料を燃料電池で利用する方法において、
少なくとも固体水素化物粉末と固体水素放出触媒とを有する固体水素燃料を準備し、
燃料パック内の前記固体水素燃料と混ぜられる吸収材料を準備し、
水、アルコールとその水溶液、塩の水溶液、酸の水溶液、又はそれらの混合物などの液体を含む液体パックを準備し、
前記固体水素燃料と隣り合って配置される相変化材料を準備し、
水素放出反応を起こすために前記液体パックの水又は水溶液を前記燃料パックに入れ、
固体水素燃料から放出された水素を利用する燃料電池を提供する方法であって、
前記吸収材料は、水、アルコール及びその水溶液、塩の水溶液、酸の水溶液、又はそれらの混合物である前記液体の吸収が可能であり、前記相変化材料は前記固体水素燃料と前記液体とによって起こる水素放出反応の温度の安定化のために用いられている、
ことを特徴とする、固体水素燃料を燃料電池で利用する方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の固体水素燃料を適用する方法であって、
前記相変化材料は前記燃料パックの外側に配置され、前記燃料パックが配置される容器に直接的に接触しており、前記固体水素燃料が前記燃料電池で利用されている間においては、前記燃料電池のケーシングに直接的に接触している、
ことを特徴とする、固体水素燃料を燃料電池で利用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して水素生成システムに関し、より詳細には、安定した水素放出速度で燃料電池に水素を供給することが可能な水素生成システムに関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本願は、２００９年１２月１０日付で出願された米国仮出願第６１／２８５，４６７号、及び２０１０年４月２６日付で出願された台湾出願第０９９１１３１３７号の利益を主張し、それらの主題は参照により本願に組み入れられる。
【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可能な装置である。燃料電池は、燃料及び酸化剤が定常的に供給されている間は、電気エネルギーを連続的に発生させることができる。水素燃料電池に関して、燃料は水素であり、酸化剤は酸素である。
【０００４】
従来の水素燃料電池における水素生成システムと、当該水素生成システムで水素源として利用される水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）溶液とを例にする。ポンプは水素化ホウ素ナトリウム溶液（液体燃料）を触媒床に送り出す。水素が放出された後、触媒床からは過ホウ酸ナトリウム溶液が抽出される。水素化ホウ素ナトリウムと水とによって起きる水素放出反応は触媒床によって触媒作用を受ける。その化学式（１）は次の通りである：
【０００５】
【化１】
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【０００６】
化学式（１）の化学反応は熱放出を伴うものであり、発熱反応である。水素放出反応が一定の値又は範囲で起こる温度に水素生成装置の温度を維持することは容易ではない。水素放出反応が進んでいるとき、蓄積された熱は水素生成装置の温度を上昇させ、その反応の水素放出速度をさらに早める。このため、従来の水素生成装置では、水素放出速度は一定の値又は範囲に維持されない。図１は水素放出速度と反応温度との関係を示し、それらは高い関係性を有している。
【０００７】
さらに、電力の異なる燃料電池では、水素消費速度が異なっている。燃料電池が備える水素生成システムが、要求よりも低い水素放出速度で水素ガスを供給していると、燃料電池はその最大電力を発揮できない。しかしながら、水素生成システムの水素放出速度が燃料電池において必要な標準値よりも高いと、それはエネルギーの浪費となる。したがって、安定した水素放出速度を有する、燃料電池用の水素生成システム（すなわち水素源）を提供することは重要な課題である。
【０００８】
水素放出速度の安定化を図る機械的デザインが当業者によって開示されている。「マイクロカートリッジ水素生成器」と題された台湾出願第９６１２１４９３号は、水素燃料である固体水素化物と、触媒を含むチャンバーとを使用し、水素放出速度を制御し安定させる水素生成器を開示している。この水素生成器は巨大な寸法及び重量を有する複雑な機械的デザインを有しており、巨大であるため、日常の利用のために持ち運ぶことは容易ではない。
【０００９】
出願人は、共にポリマーマトリクス中で均一に分散した固体触媒および固体水素化物の、粉末化された混合物を用いた軟質の固体水素燃料を開示している（台湾出願第９８１０８２０５号）。軟質の固体水素燃料は様々な幾何学的形状に変形させて適切な容器に入れることができる。図２は、関連技術である台湾出願９８１０８２０５号による軟質の固体水素燃料の水素放出曲線を示している。図２の曲線は、２．５ｇのシリコーンゴム（ポリマーマトリクス）中で均一に分散した０．６ｇのＣｏ２＋／ＩＲ−１２０（固体触媒）と３ｇのＮａＢＨ４（固体水素化物）との粉砕混合物を使用することによって得られる。
【００１０】
さらに、出願人は、使用時に水又は液体が水素供給装置から漏出するという問題を解決するために、固体水（ｓｏｌｉｄ  ｗａｔｅｒ）を使用する水素供給装置を開示している（台湾出願第９８１１２６１９号）。水は、その高い比熱容量により、水素放出反応で発生した熱を吸収する。図３は、関連技術である台湾出願第９８１１２６１９号による固体水と固体水素燃料との水素放出曲線を示している。図３の曲線は、１．６ｇのシリコーンゴムにおいて均一に分散した、０．４ｇのＣｏ２＋／ＩＲ−１２０（固体触媒）と２ｇのＮａＢＨ４（固体水素化物）との粉砕混合物を使用することによって得られる。固体水の例としてはゲル状の水がある。しかしながら、ゲル状の水などの固体水は水素放出反応で発生した熱を直ぐには吸収できないので、図３に示すように、その反応の水素放出速度は（温度上昇に伴って）変化し、一定の値に維持され得ない。
【００１１】
本開示は水素生成システム及び水素を生成する方法に関する。本開示の水素生成システムは、当該水素生成システムの温度を十分に長い時間に亘って一定に保つために相変化材料を使用し、それによって固体水素燃料と液体とによって起こる水素放出反応の反応温度を維持し、その結果として水素放出反応の水素放出速度を安定させる。
【００１２】
本開示の第１の態様では、固体水素燃料と吸収材料と相変化材料とを有する水素生成システムが提供される。前記吸収材料は前記システムの液体を吸収する。この液体の例としては、水、アルコールとその水溶液、塩の水溶液、酸の水溶液、或いはそれらの混合物がある。前記相変化材料は、前記固体水素燃料と前記液体とによって起きる水素放出反応で生じる反応熱を吸収及び蓄積するために、水素放出反応が起きる位置と隣り合って配置されており、それによって反応温度を維持する。その結果、水素放出反応の水素放出速度が制御され、水素の流量が安定化され得る。
【００１３】
本開示の第２の態様では、固体水素燃料を使用して水素を生成する方法が提供され、当該方法は、少なくとも固体水素化物粉末と固体水素放出触媒とを含む固体水素燃料を準備し、燃料パック内の前記固体水素燃料と混ぜられる吸収材料を準備し、水、アルコールとその水溶液、塩の水溶液、酸の水溶液、又はそれらの混合物などの液体を含む液体パックを準備し、固体水素燃料と隣り合って配置される相変化材料を準備し、水素放出反応を起こすために前記液体パックの水又は水溶液を前記燃料パックに入れる。ここにおいて、前記吸収材料は、水、アルコール及びその水溶液、塩の水溶液、酸の水溶液、又はそれらの混合物である前記液体の吸収が可能であり、前記相変化材料は前記固体水素燃料と前記液体とによって起こる水素放出反応の温度の安定化のために用いられる。
【００１４】
本開示の第３の態様では、固体水素燃料を燃料電池に適用する方法が提供され、当該方法は、上記第２の態様で示されたように固体水素燃料を準備し、燃料パック内の前記固体水素燃料と混ぜられる吸収材料を準備し、水、アルコール及びその水溶液、塩の水溶液、酸の水溶液、又はそれらの混合物などの液体を含む液体パックを準備し、固体水素燃料と隣り合って配置される相変化材料を準備し、水素放出反応を起こすために前記液体パックの水又は水溶液を前記燃料パックに入れ、固体水素燃料から放出された水素を利用する燃料電池を提供する。ここにおいて、前記吸収材料は、水、アルコール及びその水溶液、塩の水溶液、酸の水溶液、又はそれらの混合物である前記液体の吸収が可能であり、前記相変化材料は前記固体水素燃料と前記液体とによって起こる水素放出反応の温度の安定化のために用いられる。
【００１５】
本開示の上記態様及び他の態様は、以下の非限定的な実施形態についての詳細な説明を考慮して、より適切に理解されることとなる。以下の説明は添付の図面を参照してなされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は水素放出速度と反応温度との関係を示し、これらは高い関係性を有している。
【図２】図２は関連技術である台湾出願９８１０８２０５号による軟質の固体水素燃料の水素放出曲線を示している。
【図３】図３は関連技術である台湾出願９８１１２６１９号による固体水と固体水素燃料の水素放出曲線を示している。
【図４】図４は本開示の第１の実施形態による水素生成システムの固体水素燃料を使用した水素の生成方法を示している。
【図５】図５は本開示の第２の実施形態による固体水素燃料を有する水素生成システムを示している。
【図６】図６は本開示の第２の実施形態の水素生成システムで得られた水素を使用する燃料電池を示している。
【図７Ａ】図７Ａは、本開示の実施形態に従って、Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏを相変化材料として使用した場合の固体水素燃料の水素放出曲線を示している。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａの水素放出曲線（ｃ）及び（ｄ）を拡大して示している。
【図８】図８は、本開示の実施形形態に従って、相変化材料としてＮａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏを使用した場合の、固体水素燃料の水素放出曲線を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示では、水素生成システム、固体水素燃料を用いて水素を生成する方法、及び固体水素燃料を用いて燃料電池に水素を供給する方法が提供される。水素生成システムの温度を十分に長い時間に亘って一定に保つために相変化材料が用いられ、それにより固体水素燃料と液体とによって起こる水素放出反応の反応温度を維持し、結果として水素放出反応の水素放出速度を安定化する。
【００１８】
本実施形態は、上記水素生成システム、固体水素燃料を用いて水素を生成する上記方法、及び固体水素燃料を使用して燃料電池に水素を供給する上記方法の説明に用いられる。また、本実施形態は関連実験を参照して説明される。しかしながら、本実施形態で示される混合物、材料、及び水素を供給する方法は本発明を限定するものではない。修正や変更は、実用上の要請を満たすために、本発明の趣旨から逸脱することなく行うことができる。
【００１９】
［第１の実施形態］
一実施形態では、燃料電池のための水素を生成可能な水素生成システムは、固体水素燃料と、吸収材料と、相変化材料と、水、アルコール（例えばメタノール又はエタノール）もしくはその水溶液などの液体と、を有している。吸収材料は固体水素燃料と混ぜられ、水、アルコール及びその水溶液、塩の水溶液、酸の水溶液などの上記液体を吸収する。相変化材料は水素放出反応が起きる位置と隣り合って配置される。相変化材料は、反応温度を維持するために、固体水素燃料と上記液体とによって起こる水素放出反応で発生した反応熱を吸収及び蓄積する。その結果、水素放出反応の水素放出速度はコントロールされ、水素の流量が安定化する。
【００２０】
第１の実施形態では、相変化材料と固体水素燃料と吸収材料は同じ容器に収容される。
【００２１】
図４は本開示の第１の実施形態による水素生成システムの固体水素燃料を用いて水素を生成する方法を示している。最初に、固体水素燃料１１と、吸収材料１３と、相変化材料１５が準備される。燃料パック２１は、相変化材料１５を添加するとともに固体水素燃料１１と吸収材料１３とを混ぜ合わせることによって形成される。そして、水、アルコール及びその水溶液、塩の水溶液、又は酸の水溶液などの液体を含む液体パッケージ３１が準備される。その後、燃料パック２１と液体パッケージ３１は水素放出装置４１に入れられる。液体パッケージ３１の水又は水溶液が燃料パックに導かれると、水素放出反応が起きる。固体水素燃料１１から発生した水素は、燃料電池による電力供給のために、排出口４１２から排出され得る。吸収材料１３は水又は水溶液を吸収することができる。水素放出速度が十分長い時間に亘って一定の範囲に維持されるように、相変化材料１５が、固体水素燃料１１と上記液体とで起きる水素放出反応の温度の安定化に利用される。
【００２２】
一実施形態では、固体水素燃料は、少なくとも固体水素化物粉末と固体水素放出触媒とを含んでいる。固体水素化物粉末は、水、アルコール及びその水溶液、塩の水溶液、酸の水溶液、又は、それらの混合物などの液体と反応し、水素放出反応を引き起こす。固体水素放出触媒は、水素を生成する水素放出反応に触媒作用を与える。他の実施形態では、固体水素燃料は、当該固体水素燃料を軟質（ｆｌｅｘｉｂｉｌｅ）にするために、フレキシブルポリマーマトリクス（ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｍａｔｒｉｘ）を成型物質として有している。
【００２３】
一実施形態では、固体水素化物粉末は、水素化ホウ素、窒化水素、炭化水素、金属水素化物、ニトロジェンボロハイドライド（ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、カーボンボロハイドライド（ｃａｒｂｏｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、ニトロジェンカーボンハイドライド（ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルボロハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルニトロジェンハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルカーボンハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルニトロジェンボロハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルカーボンボロハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルニトロジェンカーボンハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｈｙｄｒｉｄｅ）、ニトロジェンカーボンボロハイドライド（ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、メタルニトロジェンカーボンボロハイドライド（ｍｅｔａｌ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ）、またはそれらの組合せであることとしてもよい。固体水素化物粉末の例としては、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、水素化アルミニウムリチウム（ＬｉＡｌＨ４）、水素化アルミニウムナトリウム（ＮａＡｌＨ４）、水素化アルミニウムマグネシウム（Ｍｇ（ＡｌＨ４）２）、水素化アルミニウムカルシウム（Ｃａ（ＡｌＨ４）２）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ４）、水素化ホウ素カリウム（ＫＢＨ４）、水素化ホウ素ベリリウム（Ｂｅ（ＢＨ４）２）、水素化ホウ素マグネシウム（Ｍｇ（ＢＨ４）２）、水素化ホウ素カルシウム（Ｃａ（ＢＨ４）２）、水素化リチウム（ＬｉＨ）、水素化ナトリウム（ＮａＨ）、水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）、または水素化カルシウム（ＣａＨ２）を含む。
【００２４】
他の実施形態においては、固体水素化物粉末は水素化物または化学式ＢｘＮｙＨｚで表わされる化合物である。化学式ＢｘＮｙＨｚで表わされる化合物の例としては、アンモニアボラン（Ｈ３ＢＮＨ３）、ジボラン、Ｈ２Ｂ（ＮＨ３）２ＢＨ４、ポリアミンボラン、ボラジン（Ｂ３Ｎ３Ｈ６）ボラン−テトラヒドロフランコンプレックス、およびジボラン類を含む。
【００２５】
また、固体水素放出触媒は、固体酸、または、ルテニウム、コバルト、ニッケル、銅、および鉄の少なくとも一つを含む金属塩、または、ルテニウム、コバルト、ニッケル、銅、および鉄の少なくとも一つを含む金属ナノ粒子／マイクロ粒子、または、ルテニウム、コバルト、ニッケル、銅、および鉄の少なくとも一つを含む金属イオン／金属原子／金属ナノ粒子／金属マイクロ粒子によって覆われた複数の触媒金属キャリアを含んでもよい。
【００２６】
本実施形態では、吸収材料はコットン（ｃｏｔｔｏｎ）と少なくとも吸収性ポリマーとを含んでいる。コットンの例には、ティッシュ、吸収性コットンファブリック（ｃｏｔｔｏｎ  ｆａｂｒｉｃ）、化粧コットン、及び如何なるコットン製品も含まれる。吸収性ポリマーの例には、ポリアクリル酸塩、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル共重合体、ポリウレタン、ポリエチレンオキシド、及びデンプングラフトコポリマー／ゴム混合物のうち少なくとも１つ又は複数が含まれる。
【００２７】
本実施形態では、固体水素燃料は、当該固体水素燃料に柔軟性及び変形性を持たせるために、シリコーンや、ゴム、シリコーンゴムなどの疎水性ポリマーエラストマー（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）を含むフレキシブルポリマーマトリクスを有している。
【００２８】
なお、固体水素燃料が有する、フレキシブルポリマーマトリクスと固体水素放出触媒と固体水素化物粉末の混合物は、上述した特定の混合物に限定されない。また、固体水素化物粉末と固体水素放出触媒とフレキシブルポリマーマトリクスは、実用上の要請に応じて、製粉でもよいし未製粉でもよい、また、分散されていてもよいし、加圧によりタブレット状にされてもよい。
【００２９】
本実施形態において、相変化材料は、無機相変化材料、有機相変化材料、共晶（共融）系の相変化材料、及び固液系の相変化材料の群から選択された化合物とすることとしてもよい。有機相変化材料の例としては、脂肪族化合物と多価アルコールとパラフィンワックスのうちいずれか１つ又は複数の混合物がある。無機相変化材料の例としては、酸と水和塩（例えば、１５℃〜１２０℃の範囲の融点を有するもの）とが含まれる。
【００３０】
表１Ａ及び１Ｂ、表２Ａ乃至２Ｃ、表３、並びに表４は、それぞれ、無機相変化材料と、有機相変化材料と、共晶系の相変化材料と、固液系の相変化材料とから選択された種々の化合物並びに、それらの融点及び潜熱を列挙している。適切な相変化材料は、水素放出反応における水素放出速度と温度との関係性を参照し、その関係性と実用上の要請（固体水素燃料の水素放出速度はある一定の範囲内で維持される必要がある）とに応じて、表１Ａ〜表４に列挙された化合物から選択され得る。
【００３１】
［第２の実施形態］
図５は本開示の第２の実施形態に係る固体水素燃料を有する水素生成システムを示している。第２の実施形態のシステムの構成要素は第１の実施形態と同様である。図５の水素放出装置４３は燃料パックと液体パッケージ３１とを有している。しかしながら、固体水素燃料１１と吸収材料１３の混合物だけが燃料パック内に配置されている。相変化材料１５は燃料パックの外側に位置し、燃料パックを収容する容器（すなわち、水素放出装置４３）に直接的に接触している。相変化材料１５は水素放出反応で生じた反応熱を、熱伝導を利用して吸収し蓄積する。固体水素燃料の構成要素と水素放出反応の手順の詳細については、第１の実施形態での説明を参照されたい。
【００３２】
第２の実施形態の水素生成システムは、同様に、相変化材料を使用することで、水素放出反応の反応温度を維持し、結果として水素放出速度を安定化するという目的を達する。第２の実施形態では、燃料パックの外側に配置された相変化材料１５は再利用可能である。つまり、第２の実施形態の水素生成システムは環境保護さらにはコスト削減において優れている。図６は、本開示の第２の実施形態の水素生成システムから得られた水素を使用する燃料電池を示している。図６に示すように、相変化材料１５と組み合わされた水素放出装置４３（図５）は、十分に長い時間に亘って、水素を燃料電池５１に安定的に且つ連続的に供給する。相変化材料１５が水素放出反応で生じた反応熱を吸収し蓄積するので、燃料電池５１の温度は一定の範囲に維持される。燃料電池をしばらくの間（又は長時間）使用した後に相変化材料１５及び／又は水素放出装置４３の燃料パックを交換できることは、ユーザにとってとても便利である。
【００３３】
本開示の実施形態では、水素放出速度に対する相変化材料の効果を観察するために、いくつかの実験を行っている。２つの実験及びその結果を以下に示す。
【００３４】
［関連実験１］
図４を参照されたい。ＮａＢＨ４（固体水素化物粉末）２ｇ、コバルトイオン触媒（Ｃｏ２＋／ＩＲ−１２０、固体水素放出触媒）０．４ｇ、及びシリコーンゴム（すなわち、成型物質（Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ａｇｅｎｔ））１．６ｇを含む軟質の固体水素燃料４ｇは、９６ピースに分割され、吸収性ポリマー（吸収材料）と混ぜられる。そして、その混合物に相変化材料Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏが加えられ、燃料パックが製造される。液体パッケージは水をプラスチック製バッグに封入することで得られる。燃料パックと液体パッケージは水素放出装置に入れられる。その後、液体パッケージ中の水は、プラスチック製バッグを突き破ることで、燃料パックに導かれ、水素放出速度が計測される。図７Ａは、ここで説明した形態のとおりにＮａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏを相変化材料として使用した場合の、固体水素燃料の水素放出曲線を示している。図７Ｂは、図７Ａにある水素放出曲線（ｃ）及び（ｄ）を拡大して示している。
【００３５】
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、曲線（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ０ｇ、０．３ｇ、０．５ｇ及び１．０ｇの相変化材料が添加された固体水素燃料の水素放出曲線を表している。実験結果は、相変化材料が無い場合には、水素放出速度が直ぐに最大値に達し、水素が短時間で完全に放出されることを示している。実験結果は、相変化材料０．３ｇの添加が水素放出速度と維持時間とに影響すること示している。実験結果は、相変化材料０．５ｇが添加される場合に、水素放出速度と維持時間とがかなり改善されることを示している。また、図７Ｂの実験結果は、相変化材料０．５ｇの添加と相変化材料１．０ｇの添加は、水素放出速度と維持時間とに対して、とても似た効果を有することを示している。したがって、ある割合の相変化材料を加えたときには、反応システムの温度を制御でき、十分に長い時間に亘って水素放出速度をある範囲に維持することができる。
【００３６】
［関連実験２］
関連実験１と２の手順は、関連実験２における、相変化材料であるＮａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏの使用の有無を除いて、似通っている。
【００３７】
最初に、２．５ｇの軟質の固体水素燃料（１０ｇのＮａＢＨ４（固体水素化物粉末）、３ｇのコバルトイオン触媒（Ｃｏ２＋／ＩＲ−１２０、固体水素放出触媒）、及び６ｇの粘土（Ｃｌａｙ、成型物質）からなるもの）は９６ピースに分割され、１ｇのポリアクリル酸ナトリウム（吸収材料）と混ぜられる。そして、その混合物に相変化材料Ｎａ２ＳＯ４・１２Ｈ２Ｏが加えられ、燃料パックが造られる。水をプラスチック製バッグに封入することで液体パッケージが得られる。燃料パックと液体パッケージは水素放出装置に入れられる。その後、液体パッケージ中の水は、プラスチック製バッグを突き破ることで（すなわちプラスチック製バッグを貫通する孔を形成することで）、燃料パックに導かれ、水素放出速度が計測される。図８は、ここで説明した形態のとおりにＮａ２ＳＯ４１２Ｈ２Ｏを相変化材料として使用した場合の、固体水素燃料の水素放出曲線を示している。
【００３８】
図８に示すように、曲線（ｅ）及び（ｆ）は固体水素燃料の水素放出曲線と相変化材料を添加しない場合の水素放出反応の温度曲線とをそれぞれ表している。また、曲線（ｇ）及び（ｈ）は、２ｇの相変化材料を添加した場合の、固体水素燃料の水素放出曲線と水素放出反応の温度曲線をそれぞれ表している。図８の実験結果は、相変化材料としてのＮａ２ＳＯ４・１２Ｈ２Ｏの使用は水素放出速度の安定について同様の効果があることを示している。
【００３９】
上述の説明によれば、上記水素生成システム、固体水素燃料を使用して水素を生成する上記方法、及び固体水素燃料を使用して燃料電池に水素を供給する上記方法は、本開示で示されたように、十分に長い時間に亘って水素生成システムの温度を一定に保つために相変化材料を使用し、それにより水素放出反応（固体水素燃料と液体とによって起こる反応）の反応温度を維持し、結果として水素放出反応の水素放出速度を安定化させている。大規模且つ複雑な機械的デザインを利用して水素を生成する従来方法に比して、本開示の水素生成システムはとても小さく、搬送が容易である。本開示の水素生成システムが必要とするスペースは顕著に小さくなり、製品の重量も減少する。また、単に固体水素燃料を水と接触させるだけで、本システムが適用される製品の電気が、水素放出反応を通して得られるようになる。このため、本実施形態による、固体水素燃料を使用した上記水素生成システムと、水素を生成し燃料電池に供給する上記方法には、多くの利点がある。システムの機械的設計と製品とを整合させることが容易であり、水素生成システムの設計が容易になる。さらに、上記固体水素燃料は十分に長い時間に亘って水素を安定的に放出する。以上述べた利点は、ユーザの、本製品を使用しようとする意欲を高め、製品の応用分野をさらに広げる。
【００４０】
本開示は、一例として及び好ましい実施形態に関して説明されているが、本開示がこれに限定されないことを理解されたい。反対に、本開示は、多様な変更並びに類似の配置及び手法を網羅することを意図し、したがって、添付の特許請求の範囲に、全てのかかる変更並びに類似の配置及び手法を包含するように最も広範な解釈を与えるものとする。
【００４１】
【表１Ａ】
2011121855.tif 000004
【００４２】
【表１Ｂ】
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【００４３】
【表２Ａ】
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【００４４】
【表２Ｂ】
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【００４５】
【表２Ｃ】
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【００４６】
【表３】
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【００４７】
【表４】
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【符号の説明】
【００４８】
１１  固体水素燃料  １３  吸収材料、１５  相変化材料、２１  燃料パック、３１  液体パッケージ、４１  水素放出装置、４３  水素放出装置、５１  燃料電池、４１２  排出口。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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