(57)【要約】【課題】  異種金属による水素発生方法の提供。【解決手段】  本発明は異種金属による水素発生方法に関するもので、当該方法は酸化還元電位が比較的低い金属を陽極とし、また酸化還元電位が比較的高い金属を陰極とし、且つその両金属をまず適当な連結成型を行った後、電解液中に置き、さらに異種金属間の酸化還元電位差により電気化学反応を起こして、水素と副産物を得ることで、多くのエネルギーを消費せず、自発的な化学反応で水素が発生する効果の利用が達成できるものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化還元電位が比較的低い金属を陽極とし、また酸化還元電位が比較的高い金属を陰極とし、且つその両金属をまず適当な結合ステップを行って成型した後、電解液中に置き、さらに異種金属間の酸化還元電位差により電気化学反応を起こして、水素と副産物を得ることを特徴とする異種金属による水素発生方法。
【請求項２】
異種金属間の酸化還元電位差が水素を標準電位とする時、陰極に採用する金属と陽極に採用する金属の相互電位差が３.４９Ｖより小さいか等しいものは全て陰極材料とすることができることを特徴とする請求項１記載の異種金属による水素発生方法。
【請求項３】
陰極に採用する金属と陽極に採用する金属の相互電位差が０.７１Ｖから３.４９Ｖまでを最良とすることを特徴とする請求項２記載の異種金属による水素発生方法。
【請求項４】
異種金属間の酸化還元電位差がカロメル電極を標準電位とする時、陰極に採用する金属と陽極に採用する金属の相互電位差が２.０１Ｖより小さいか等しいものは全て陰極材料とすることができることを特徴とする請求項１記載の異種金属による水素発生方法。
【請求項５】
陰極に採用する金属と陽極に採用する金属の相互電位差が０.８８Ｖから２.０１Ｖまでを最良とすることを特徴とする請求項４記載の異種金属による水素発生方法。
【請求項６】
その内、陽極とする金属にマグネシウム合金、アルミ合金の廃棄製品を採用することができることを特徴とする請求項１記載の異種金属による水素発生方法。
【請求項７】
陰極とする金属にステンレス鋼、プラチナ等を採用することができることを特徴とする請求項６記載の異種金属による水素発生方法。
【請求項８】
電気化学反応中の電解液に、水中に溶けた時、カリウムイオンと塩素イオンが水中の水素イオンと水酸イオンに対し変化を起こさない、塩化ナトリウム水溶液、生理食塩水、或いは塩化カリウム水溶液を採用することができることを特徴とする請求項７記載の異種金属による水素発生方法。
【請求項９】
陰極、陽極とする両金属の結合ステップが粉砕押出再圧延方式で、その一金属を粉砕押出成型後、更に別の適当な構造、例えば、ネット状、刺し網、粉末などの形式を有する金属ですでに成型された金属上を圧延することを特徴とする請求項１記載の異種金属による水素発生方法。
【請求項１０】
粉砕押出再圧延方式が、その陽極金属を粉砕押出成型後、更に別の適当な構造、例えば、ネット状、刺し網、粉末などの形式を有する陰極金属ですでに成型された陽極金属上を圧延することを特徴とする請求項９記載の異種金属による水素発生方法。
【請求項１１】
陰極、陽極とする両金属の結合ステップが陽極金属を溶融し液体とした後、陰極金属の単面を浸漬させて結合し、電気化学反応の陰極、陽極の電子伝導ルートを短縮して水素発生効果を高めていることを特徴とする請求項１記載の異種金属による水素発生方法。
【請求項１２】
陰極金属が浸漬する前にまず多折処理を経ることができ、その反応面を増加させていることを特徴とする請求項１１記載の異種金属による水素発生方法。
【請求項１３】
浸漬方式が中間浸漬方式を採用することができ、陰極金属を陽極金属の両端に露出させていることを特徴とする請求項１１記載の異種金属による水素発生方法。
【請求項１４】
少なくとも両金属がまず適当な結合ステップで成型された後、電解液中に置かれ、更に異種金属間の酸化還元電位差により電気化学反応を起こして、水素と副産物を得、その内、両金属の結合ステップは粉砕押出再圧延方式で、その一金属を粉砕押出成型後、さらに別の適当な構造、例えば、ネット状、刺し網、粉末などの形式を有する金属ですでに成型された金属上を圧延していることを特徴とする異種金属による水素発生方法。
【請求項１５】
粉砕押出成再圧延方式が、その陽極金属を粉砕押出成型後、さらに別の適当な構造、例えば、ネット状、刺し網、粉末などの形式を持つ陰極金属ですでに成型された金属上を圧延していることを特徴とする請求項１４記載の異種金属による水素発生方法。
【請求項１６】
少なくとも両金属をまず適当な結合ステップで成型後電解液中に置き、さらに異種金属間の酸化還元電位差により電気化学反応を起こし、水素と副産物を得、その内、両金属の結合ステップは陽極金属が溶融を経て液体となった後、陰極金属の単面に浸漬し結合することで、電気化学反応の陰極、陽極の電子伝導ルートを短縮し、水素発生効果を高めることを特徴とする異種金属による水素発生方法。
【請求項１７】
両金属の結合ステップがまた中間浸漬方式を採用し、陰極金属を陽極金属の両端に露出させていることを特徴とする請求項１６記載の異種金属による水素発生方法。
【請求項１８】
陰極金属に先に多折処理を行うことができ、さらに浸漬して、その反応面を増加していることを特徴とする請求項１６記載の異種金属による水素発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種水素発生方法に関するもので、特に一種、２種類の異なる金属が電気化学反応を経て、還元電位差によって水素を取得し、多くのエネルギーを消耗せず、自発的な化学反応で水素が発生する方法を指す。
【背景技術】
【０００２】
水素は汚染性がないエネルギーで、燃料、ニッケル・水素電池の原料となる以外に、工業上のエネルギー、例えば、石油加工、化学工業、冶金工業、半導体工業中の脱硫反応の材料として必要とされる。且つ、水素は燃料電池中の反応で二酸化炭素を発生せず、燃料電池の発展において、水素は一種新エネルギーの供給源となることが予測され、その必要量が倍増していることからも見て取れる。そのため、水素の将来的な応用は主要な研究課題の一つである。
【０００３】
周知されている水素製造方法は相当多く、例えば、水蒸気改質法（ｓｔｅａｍ  ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）、部分酸化法（ｐａｒｔｉａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）、及び水ガス化法（ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、或いは電解水で水素を製造する方法等がある。しかし、前３者は水素製造過程で多くの二酸化炭素を発生し、地球全体の温室効果への影響がとても大きい。そして後者は水素製造過程で電気消費量が高く、相対してコストが高くなり、経済利益に適合しない。
【０００４】
このほか、金属廃棄物を利用して再生水素エネルギーを製造する方法、例えば、回収した廃棄アルミ缶を水素製造材料とする関連研究がある。但し、回収したアルミ缶表面の塗料を硫酸溶液を使用して除去する必要があり、また相対して工業廃水処理の問題が派生し、二次汚染が起きる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は革新的な水素発生方法の提供で、当該方法は２種類の異なる金属が電気化学反応を経て、酸化還元電位差により水素を取得し、多くのエネルギーを消費せず、自発的な化学反応で水素を発生するのを利用し、且つ二次汚染を起こさない効果を達成することである。
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明は、一種異種金属で水素を発生させる方法を提供する。その方法は、酸化還元電位が比較的低い金属を陽極とし、また酸化還元電位が比較的高い金属を陰極とし、且つその両金属をまず適当な連結成型を行った後、電解液中に置き、さらに異種金属間の酸化還元電位差により電気化学反応を起こして、水素と副産物を得ることで、多くのエネルギーを消費せず、自発的な化学反応で水素が発生する効果の利用を達成するものである。
【０００７】
上記の特徴に基づく中で、陽極金属としてマグネシウム合金、アルミ合金などを採用し、陰極金属としてステンレス鋼、プラチナ等を採用することができる。
【０００８】
また、上記の電気化学反応中の電解液には、水中に溶けた時、カリウムイオンと塩素イオンが水中の水素イオンと水酸イオンに対し変化を起こさない、塩化ナトリウム、生理食塩水、或いは塩化カリウム等導電性を有する液体を採用することができる。
【０００９】
本考案の異種金属で水素を発生させる方法のもう一つの特徴は、陰極、陽極とする両金属の結合ステップが粉砕押出再圧延方式で、その一金属を粉砕押出成型後、更に別の適当な構造、例えば、ネット状、刺し網、粉末などの形式を有する金属ですでに成型された金属上を圧延することにある。このような結合方式では異種金属結合の製造プロセスの簡便化と製造プロセスのエネルギーの節約ができるものである。
【００１０】
本発明の異種金属で水素を発生させる方法は、そのもう一つの特徴が、陰極、陽極とする両金属の結合方式が、陽極金属を溶融し液体とした後、陰極金属を浸漬して結合させるものである。この浸漬結合は単面浸漬が良く、電気化学反応の陰極、陽極のルートを短縮し、水素発生効果を高めることができる。
【００１１】
上記の特徴に基づく中で、陰極金属は先に多折処理を経て、その結合面を増加することができる。また浸漬方式は中間浸漬方式を採用し、陰極金属を陽極金属の両端に露出させることもできる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、酸化還元電位が比較的低い金属を陽極とし、また酸化還元電位が比較的高い金属を陰極とし、且つその両金属をまず適当な結合ステップを行って成型した後、電解液中に置き、さらに異種金属間の酸化還元電位差により電気化学反応を起こして、水素と副産物を得ることを特徴とする異種金属による水素発生方法としている。
請求項２の発明は、異種金属間の酸化還元電位差が水素を標準電位とする時、陰極に採用する金属と陽極に採用する金属の相互電位差が３.４９Ｖより小さいか等しいものは全て陰極材料とすることができることを特徴とする請求項１記載の異種金属による水素発生方法としている。
請求項３の発明は、陰極に採用する金属と陽極に採用する金属の相互電位差が０.７１Ｖから３.４９Ｖまでを最良とすることを特徴とする請求項２記載の異種金属による水素発生方法としている。
請求項４の発明は、異種金属間の酸化還元電位差がカロメル電極を標準電位とする時、陰極に採用する金属と陽極に採用する金属の相互電位差が２.０１Ｖより小さいか等しいものは全て陰極材料とすることができることを特徴とする請求項１記載の異種金属による水素発生方法としている。
請求項５の発明は、陰極に採用する金属と陽極に採用する金属の相互電位差が０.８８Ｖから２.０１Ｖまでを最良とすることを特徴とする請求項４記載の異種金属による水素発生方法としている。
請求項６の発明は、その内、陽極とする金属にマグネシウム合金、アルミ合金の廃棄製品を採用することができることを特徴とする請求項１記載の異種金属による水素発生方法としている。
請求項７の発明は、陰極とする金属にステンレス鋼、プラチナ等を採用することができることを特徴とする請求項６記載の異種金属による水素発生方法としている。
請求項８の発明は、電気化学反応中の電解液に、水中に溶けた時、カリウムイオンと塩素イオンが水中の水素イオンと水酸イオンに対し変化を起こさない、塩化ナトリウム水溶液、生理食塩水、或いは塩化カリウム水溶液を採用することができることを特徴とする請求項７記載の異種金属による水素発生方法としている。
請求項９の発明は、陰極、陽極とする両金属の結合ステップが粉砕押出再圧延方式で、その一金属を粉砕押出成型後、更に別の適当な構造、例えば、ネット状、刺し網、粉末などの形式を有する金属ですでに成型された金属上を圧延することを特徴とする請求項１記載の異種金属による水素発生方法としている。
請求項１０の発明は、粉砕押出再圧延方式が、その陽極金属を粉砕押出成型後、更に別の適当な構造、例えば、ネット状、刺し網、粉末などの形式を有する陰極金属ですでに成型された陽極金属上を圧延することを特徴とする請求項９記載の異種金属による水素発生方法としている。
請求項１１の発明は、陰極、陽極とする両金属の結合ステップが陽極金属を溶融し液体とした後、陰極金属の単面を浸漬させて結合し、電気化学反応の陰極、陽極の電子伝導ルートを短縮して水素発生効果を高めていることを特徴とする請求項１記載の異種金属による水素発生方法としている。
請求項１２の発明は、陰極金属が浸漬する前にまず多折処理を経ることができ、その反応面を増加させていることを特徴とする請求項１１記載の異種金属による水素発生方法としている。
請求項１３の発明は、浸漬方式が中間浸漬方式を採用することができ、陰極金属を陽極金属の両端に露出させていることを特徴とする請求項１１記載の異種金属による水素発生方法としている。
請求項１４の発明は、少なくとも両金属がまず適当な結合ステップで成型された後、電解液中に置かれ、更に異種金属間の酸化還元電位差により電気化学反応を起こして、水素と副産物を得、その内、両金属の結合ステップは粉砕押出再圧延方式で、その一金属を粉砕押出成型後、さらに別の適当な構造、例えば、ネット状、刺し網、粉末などの形式を有する金属ですでに成型された金属上を圧延していることを特徴とする異種金属による水素発生方法としている。
請求項１５の発明は、粉砕押出成再圧延方式が、その陽極金属を粉砕押出成型後、さらに別の適当な構造、例えば、ネット状、刺し網、粉末などの形式を持つ陰極金属ですでに成型された金属上を圧延していることを特徴とする請求項１４記載の異種金属による水素発生方法としている。
請求項１６の発明は、少なくとも両金属をまず適当な結合ステップで成型後電解液中に置き、さらに異種金属間の酸化還元電位差により電気化学反応を起こし、水素と副産物を得、その内、両金属の結合ステップは陽極金属が溶融を経て液体となった後、陰極金属の単面に浸漬し結合することで、電気化学反応の陰極、陽極の電子伝導ルートを短縮し、水素発生効果を高めることを特徴とする異種金属による水素発生方法としている。
請求項１７の発明は、両金属の結合ステップがまた中間浸漬方式を採用し、陰極金属を陽極金属の両端に露出させていることを特徴とする請求項１６記載の異種金属による水素発生方法としている。
請求項１８の発明は、陰極金属に先に多折処理を行うことができ、さらに浸漬して、その反応面を増加していることを特徴とする請求項１６記載の異種金属による水素発生方法としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の異種金属による水素発生方法をまとめると、マグネシウム合金廃棄物質にさらに処理を加えて利用できるだけでなく、二次汚染を発生せず、現在の環境保護の要求に適合する。同時に水素発生反応の副産物である、水酸化マグネシウムが有用な原料として、高い産業上の利用性を持ち、付加価値を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の異種金属による水素発生方法のフローチャート図で、その方法は、一種酸化還元電位が比較的低い金属を陽極１０とし、また酸化還元電位が比較的高い金属を陰極２０とし、且つその両金属がまず結合ステップ６０を経て、適当な結合（後で説明）を行い一体とした後、電解液中に置き、さらに異種金属間の酸化還元電位差により電気化学反応３０を起こして、水素４０と副産物５０を得ることができる。その内、その陽極金属はマグネシウム合金、アルミ合金の廃棄製品を採用することができ、本実施例では廃棄マグネシウム合金を採用する。その陰極金属はステンレス鋼、プラチナ…等を採用することができ、本実施例ではステンレス鋼ＡＩＳＩ ３０４を採用する。
【００１５】
本発明の陽極金属１０と陰極金属２０の結合方式は、結合ステップ６０を通し、その結合ステップ６０は粉砕押出再圧延方式、或いは浸漬結合方式を採用することができる。その内、粉砕押出再圧延方式は陽極金属を粉砕押出成型した後、さらに別の適当な構造、例えば、ネット状、刺し網、粉末などの形式を有する陰極金属（本実施例ではネット状とする。図９〜図１３の通り）を、前記のすでに成型された陽極金属上に圧延する。そして浸漬結合方式は、陽極金属を溶融し液体とした後、陰極金属の単面を浸漬して結合させる（図５〜図７までの通り）。
【００１６】
続いて、図９〜図１３により、本発明で採用する粉砕押出再圧延方式をさらに理解する。図９〜図１１に示すのは、本発明が採用する粉砕押出再圧延方式の実物写真である。まずマグネシウム合金の製品ケースを粉砕後、押出成型し、さらに圧延技術でステンレス鋼（ＡＩＳＩ ３０４）ネットをその成型されたマグネシウム合金の廃棄材料表面にプレスして一体に結合させる。さらに第図１２〜図１３のように、一体に結合した後、食塩水を電解液とする電気化学反応３０中に置く。この内、説明に値することは、本実施例ではその陰極に採用する金属と陽極に採用する金属との相互の電位差が、０.７１Ｖから３.４９Ｖであるのが最良となる。言い換えると、本実施例では、陰極金属にステンレス鋼（ＡＩＳＩ ３０４）ネットを採用する以外に、プラチナを採用することもできる。同様に、陽極金属にマグネシウム合金を採用する以外に、アルミ合金を採用することもでき、水素（Ｈ）を標準電位とすると、上記の陰極と陽極の相互電位差の好ましい範囲は下記の演算により実証できる。
【数１】
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【００１７】
上記の陰極と陽極の相互電位差の好ましい値は、異なる標準電位を採用すると違ってくる。すなわち、カロメル電極（Ｈｇ２Ｃｌ２）を標準電位とすると、陰極と陽極の相互電位差の最良値は、下記の演算により得られる。
【数２】
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【００１８】
すなわち、カロメル電極（Ｈｇ２Ｃｌ２）を標準電位とすると、陰極に採用する金属と陽極に採用する金属の相互電位差は０.８８Ｖから２.０１Ｖまでが最良となるる。
【００１９】
さらに、前記の本発明は電気化学反応の期間にまた、食塩水を電解液として加え、その電解液もまた水中に溶けた時、カリウムイオンと塩素イオンが水中の水素イオンと水酸イオンに対し変化を起こさない、塩化ナトリウム、或いは塩化カリウムを採用することができる。これにより、電解液は電気化学反応中、陰極金属１０と陽極金属２０の酸化還元電位差の駆動を通して、気体を発生する。すなわち水素４０と水酸化物の副産物５０を得ることができ、その反応式は以下の通りである。
【数３】
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【００２０】
上記の反応方程式からわかるように、反応処理後、水素を取得し利用できる以外に、また水酸化マグネシウムの副産物が取得でき、耐熱製品の難燃原料となる。
【００２１】
続いて図２、図３は本発明の圧延方式による水素発生速度と時間の関係図と水素発生総量と時間との関係図で、その両関係図からはっきりわかるように、同じ条件下（電解液は１５００ｍｌ、３.５重量％の塩化ナトリウム水溶液を採用；陽極金属はマグネシウム合金を採用；陰極はサイズが２ｘ８ cm2のステンレス鋼（ＡＩＳＩ ３０４）ネットを採用）において、ステンレス鋼ネットは圧延でマグネシウム廃棄材料と一体に結合された後、枚数量が多いほど水素発生速度と水素発生総量が高くなり、より効果的に水素発生の予測効果を達成することができる。図２、図３に示すように、１枚採用した反応曲線Ｌ５と４枚採用した反応曲線Ｌ６は、水素発生速度と水素発生総量に確かに明らかな差異がある。
【００２２】
さらに、図５〜図７を参照すると、本発明の陽極金属１０と陰極金属２０の結合方式は上記の粉砕で成型する再圧延方式以外に、単面浸漬結合方式も採用することができる。即ちマグネシウム合金廃棄材料１０ （陽極金属）を溶融し液体とした後、ステンレス鋼ネット２０ （ＡＩＳＩ ３０４；陰極金属）を単面浸漬結合させると、その単面浸漬は電気化学反応の陰極、陽極の電子伝導ルートを効果的に短縮し、水素発生効果を高めることができる。図５のＡは単面浸漬を採用した図で、且つ浸漬部位は全て中間浸漬方式を採用し、ステンレス鋼ネット２０をマグネシウム合金廃棄材料１０の両端に露出させる。このほかに、ステンレス鋼ネット２０は浸漬する前に、まず多折処理（図７のＡ）を経ることができ、さらに中間浸漬でその結合面を増加させる。上記の単面浸漬以外に、図６のＡの両面浸漬もまた、実行可能な方式で、且つ単面或いは両面浸漬にかかわらず、上記の異なる浸漬結合方式により、電気化学反応を経た後、周知の浸漬方式（図８のＡ）と比較すると、図５のＢから図８のＢではっきりわかるように、その内、マグネシウム合金が徹底的に電気化学反応をした結果、周知のものではたくさん残留するが、本発明方式はそのマグネシウム合金廃棄材料が効果的に反応し残量が比較的少なく、相対して水素発生効果が良好である。（注意：上記の本発明方法と周知のものとの比較条件は等しい。即ち、電解液は１５００ｍｌ、３.５重量％の塩化ナトリウム水溶液を採用；陰極はサイズが２×８ ｃｍ2のステンレス鋼ネット（ＡＩＳＩ ３０４；数量１０枚）を採用）
【００２３】
さらに水素累積総量と時間との関係図（図４）から、周知の浸漬方式（陰極の片側を露出；図８）との違いをよりはっきり比較することができ、本発明が好ましい水素発生速度を有することが証明できる。即ち、図２中、各反応曲線Ｌ１ （単面浸漬）、Ｌ２ （多折浸漬）、Ｌ３ （両面浸漬）、Ｌ４ （周知の浸漬）からはっきりわかるように、反応時間につれ、周知の浸漬では、６０分経過後の反応速度が明らかに遅くなるが、本発明の単面浸漬、多折浸漬、及び両面浸漬は全て持続し続け、本発明の浸漬結合方式によって、陽極金属１０と陰極金属２０の水素発生効果がさらに高められることを証明することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の異種金属による水素発生方法のフローチャート図である。
【図２】圧延方式の水素発生速度と時間との関係図と水素発生総量と時間との関係図である。
【図３】圧延方式の水素発生速度と時間との関係図と水素発生総量と時間との関係図である。
【図４】浸漬方式の水素累積総量と時間との関係図である。
【図５】本発明が採用する浸漬結合方式で、両金属を結合した後、電気化学反応前後の図である。
【図６】本発明が採用する浸漬結合方式で、両金属を結合した後、電気化学反応前後の図図である。
【図７】本発明が採用する浸漬結合方式で、両金属を結合した後、電気化学反応前後の図図である。
【図８】周知の浸漬方式を採用し、両金属を結合した後、電気化学反応前後の図である。
【図９】本発明が採用する粉砕押出再圧延方式の実物写真と電気化学反応後の実物写真である。
【図１０】本発明が採用する粉砕押出再圧延方式の実物写真と電気化学反応後の実物写真である。
【図１１】本発明が採用する粉砕押出再圧延方式の実物写真と電気化学反応後の実物写真である。
【図１２】本発明が採用する粉砕押出再圧延方式の実物写真と電気化学反応後の実物写真である。
【図１３】本発明が採用する粉砕押出再圧延方式の実物写真と電気化学反応後の実物写真である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  陽極
２０  陰極
３０  電気化学反応
４０  水素
５０  副産物
６０  結合ステップ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６  反応曲線
【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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【図１２】
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【図１３】
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