(57)【要約】【課題】従来の圧力制御あるいは温度制御に代わる簡便な手段によって、水素吸蔵用材料への水素吸収（水素吸蔵物の製造）ならびに水素を蓄えた水素吸蔵用材料（水素吸蔵物）からの水素放出を効率よく行う方法を提供すること。【解決手段】本発明の水素吸収方法では、水素１が吸着していない状態の炭素原子３ａの固有振動数（特性振動数：ｆＣ）に相当する振動数の振動を炭素系材料２に付与することを特徴とする。また、本発明の水素放出方法では、水素が吸着している状態の炭素原子の固有振動数（特性振動数：ｆＨＣ）に相当する振動数の振動を炭素系材料に付与することを特徴とする。上記振動数ｆＣ又はｆＨＣの外力を炭素系材料に付与することによって、炭素系材料への水素の吸収効率或いは水素を蓄えた炭素系材料（水素吸蔵物）からの水素の放出効率を向上させることができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素吸蔵物を製造する方法であって、以下の工程：
放出可能な水素を蓄え得る炭素系材料を用意する工程；
前記炭素系材料を水素もしくは水素を含む雰囲気中に配置する工程；および
前記炭素系材料の少なくとも表面部の一部に、該材料を構成する炭素原子の固有振動数に相当する振動数の振動を付与する工程；
を包含する方法。
【請求項２】
前記振動を付与するために、前記炭素系材料に前記固有振動数に相当する振動数の弾性波又は電磁波を当てる処理が行われる、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記炭素系材料は平面型分子構造を有する、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記炭素系材料として、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、フラーレンおよびグラファイトから成る群から選択される少なくとも一種類を用いる、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法によって得られた水素吸蔵物。
【請求項６】
水素吸蔵物から水素を放出させる方法であって、以下の工程：
放出可能な水素を蓄えた炭素系材料を主体とする水素吸蔵物を用意する工程；および
前記水素吸蔵物の少なくとも表面部の一部に、該水素吸蔵物を構成する炭素原子の固有振動数に相当する振動数の振動を付与する工程；
を包含する水素放出方法。
【請求項７】
前記振動を付与するために、前記水素吸蔵物に前記固有振動数に相当する振動数の弾性波又は電磁波を当てる処理が行われる、請求項６に記載の水素放出方法。
【請求項８】
前記炭素系材料は平面型分子構造を有する、請求項６又は７に記載の水素放出方法。
【請求項９】
前記炭素系材料は、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、フラーレンおよびグラファイトから成る群から選択される少なくとも一種類である、請求項６又は７に記載の水素放出方法。
【請求項１０】
水素供給口を備えたケーシングと、
前記ケーシング内に配置された、放出可能な水素を蓄え得る炭素系材料と、
前記炭素系材料を構成する炭素原子の固有振動数に相当する振動数の弾性波又は電磁波を該炭素系材料に付与し得る振動供給手段と、
を備える水素貯留器。
【請求項１１】
前記炭素系材料は平面型分子構造を有する、請求項１０に記載の水素貯留器。
【請求項１２】
前記炭素系材料として、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、フラーレンおよびグラファイトから成る群から選択される少なくとも一種類が用いられている、請求項１０に記載の水素貯留器。
【請求項１３】
燃料電池と、
請求項１０〜１２のいずれかに記載の水素貯留器であって、前記燃料電池の燃料極に水素を供給可能な状態で接続される水素貯留器と、
を備える発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水素吸蔵用材料に水素を効率よく吸収させて水素吸蔵物を製造する技術に関する。また、本発明は水素吸蔵物から水素を効率よく放出させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】水素吸蔵用材料として、ＴｉＣｒ２、（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｖ，Ｆｅ）２等のＡＢ２型水素吸蔵合金（ラーベス相合金）、ＬａＮｉ５、ＭｎＮｉ５等のＡＢ５型水素吸蔵合金、Ｔｉ−Ｖ−Ｃｒ合金、Ｔｉ−Ｖ−Ｃｒ−Ｍｎ合金等のＢＣＣ合金が知られている（非特許文献１）。
また、近年、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素系材料が水素吸蔵用材料として注目されている（非特許文献２）。これら水素吸蔵用材料は、燃料電池（例えば固体高分子電解質型燃料電池）等に水素を供給するための水素供給源（水素貯蔵手段）としての利用が期待されている。
【０００３】
【非特許文献１】若尾慎二郎著、「新技術シリーズ（６）水素吸蔵合金」、パワー社、１９９３年７月、ｐ．７−３６
【非特許文献２】丸山茂夫、「カーボンナノチューブによる水素吸蔵」、応用物理、２００２年３月、第７１巻、第３号、ｐ．３２３−３２６
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】水素吸蔵用材料を例えば燃料電池自動車の車載用水素供給源として利用するには、単位質量あたりの水素吸蔵量が高いことならびに水素の吸収／放出を容易に制御し得ることが要求される。
従来、水素吸蔵用材料に多量の水素を吸蔵させたり、あるいは当該材料から吸蔵水素を速やかに放出させるために、甚だしい温度制御及び／又は圧力制御を行う必要があった。例えば、水素吸蔵用材料に水素を高密度に吸収させておきたい場合には、極めて高い水素圧力及び／又は低温度条件（カーボンナノチューブ等の炭素系材料の場合、典型的には１０ＭＰａ以上のガス圧及び／又は８０Ｋ以下の温度）の雰囲気中に水素吸蔵用材料を配置する必要があった。
しかし、このような過酷な圧力制御あるいは温度制御を自動車のような隔離され、スペースの限定された場所で行うのは現実的ではなく、燃料電池自動車等を普及させるうえでも、より簡便な手段で水素の吸収／放出を制御し得る技術の開発が要望されている。
【０００５】
本発明は、水素吸蔵用材料への水素吸収あるいは該材料からの水素放出に関する従来の問題点を解決すべく創出されたものであり、従来の厳しい圧力制御あるいは温度制御に代わる簡便な手段によって、水素の吸収及び／又は放出を効率よく行う方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、ここで教示される水素吸蔵用材料への水素吸収方法を適用して水素吸蔵物（水素供給源）を製造する方法を提供することである。さらに他の目的は、そのような水素吸蔵物を利用して、実用的な水素供給システム、例えば燃料電池システムを構築することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】本発明者は、平面型分子構造（局所的な平面構造を含む。以下同じ。）を有する炭素（単体）および炭素化合物における格子構造および格子振動が、水素を吸蔵すると著しく変化すること、さらにその格子構造変化により水素放出・吸収に対する活性が可逆的に変化することを見出し、鋭意工夫の結果、以下に説明する種々の発明を完成するに至った。本発明によって提供される水素吸蔵物製造方法の一つは、放出可能な水素を蓄え得る水素吸蔵用材料として炭素系材料を用意する工程と、前記炭素系材料を水素もしくは水素を含む雰囲気（気体又は液体）中に配置する工程と、前記炭素系材料の少なくとも表面部の一部に、該材料を構成する炭素原子の固有振動数に相当する振動数の振動を付与する工程とを包含する。
【０００７】
本明細書において「水素吸蔵用材料」とは、放出可能な状態で水素を物理的吸着及び／又は化学的吸着し得る物質から成る材料をいう。また、そのような水素吸蔵用材料として用いられる「炭素系材料」には、放出可能な状態で水素を蓄え得る炭素単体及び炭素化合物が包含される。また、「水素吸蔵物」とは、そのような水素吸蔵用材料（炭素系材料）と該材料に蓄えられた放出可能な状態の水素とを主体に構成された水素貯蔵材料をいう。なお、本明細書において「水素」という場合は、特に言及する場合を除いて水素分子、水素原子、水素イオン（プロトン）を包含する用語である。
【０００８】
本発明の水素吸蔵物製造方法では、炭素系材料を構成する炭素原子（典型的には結晶格子を構成する炭素原子）の固有振動数（特性振動数）に相当する振動数（即ち当該固有振動数と同一の振動数又はそれに近似する振動数であって、目的とする炭素系材料に対して該同一の振動数と同様の作用を及ぼす振動数をいう。以下同じ。）の振動を該炭素系材料に付与することを特徴とする。かかる振動数の外力を炭素系材料に付与することによって、当該炭素系材料への水素吸収を活発化させ得、水素吸蔵物を効率よく生産することができる。
【０００９】
また、本発明の他の側面として、上記製造方法と同様の振動付与工程を含むことを特徴とする水素吸蔵用材料（炭素系材料）への水素吸収方法が提供される。この水素吸収方法によると、従来の激しい温度制御又は圧力制御を行うことなく、水素の吸収を効率よく行うことができる。
【００１０】
本発明は、上記製造方法および水素吸収方法の他に、水素吸蔵物（典型的には上述した本発明の製造方法によって得られた水素吸蔵物）に蓄えられている水素を放出させる方法を提供する。すなわち、本発明の水素放出方法は、放出可能な水素を蓄えた炭素系材料を主体とする水素吸蔵物を用意する工程と、前記水素吸蔵物の少なくとも表面部の一部に、前記水素吸蔵物を構成する炭素原子の固有振動数に相当する振動数の振動を付与する工程とを包含する。
本発明の水素放出方法では、水素を物理的吸着及び／又は化学的吸着した状態の炭素系材料の構成炭素原子（典型的には結晶格子を構成する炭素原子）の固有振動数（特性振動数）に相当する振動数の振動を該炭素系材料（水素吸蔵物）に付与することを特徴とする。かかる振動数の外力を水素吸蔵物に付与することによって、当該水素吸蔵物からの水素放出が活発化される。このため、本発明の水素放出方法によると、従来の激しい温度制御又は圧力制御を行うことなく、水素の放出を効率よく行うことができる。
【００１１】
本発明の水素吸蔵物製造方法、水素吸収方法または水素放出方法として好ましい一態様では、前記振動を付与するために、水素吸蔵用材料（炭素系材料）に上記固有振動数に相当する振動数の弾性波（超音波等）又は電磁波（レーザ光等）を当てる処理が行われることを特徴とする。かかる振動数の弾性波または電磁波を付与することにより、従来の激しい温度制御又は圧力制御を行うことなく、水素の吸収或いは放出を容易に制御することができる。
【００１２】
本発明の水素吸蔵物製造方法、水素吸収方法または水素放出方法を行う場合、用いる炭素系材料としては、平面型分子構造（単に「平面構造」ともいう。）を有するものが好ましい。特に、炭素６員環及び／又は炭素５員環を含む構造のものが好ましい。例えば、ベンゼン、ナフタレン等の単環、多環芳香族分子、あるいはカーボンナノチューブ、カーボンファイバー、フラーレン、グラファイトから成る群から選択される少なくとも一種類を好適に用いることができる。
【００１３】
また、本発明は、本明細書において教示される水素吸収方法及び／又は水素放出方法を実施し得る水素貯留器を提供する。
すなわち、本発明によって提供される水素貯留器は、水素供給口を備えたケーシングと、放出可能な水素を蓄え得る炭素系材料であって前記ケーシング内に配置された炭素系材料と、前記炭素系材料を構成する炭素原子の固有振動数に相当する振動数の弾性波又は電磁波を該炭素系材料に付与し得る振動供給手段とを備えることを特徴とする。
このような構成の水素貯留器では、上記振動数の弾性波または電磁波を炭素系材料に付与することによって、当該炭素系材料に効率よく水素を吸収させることができる。あるいは、水素を蓄えた当該炭素系材料（即ち水素吸蔵物）から効率よく水素を放出させることができる。
従って、本発明の水素貯留器は、水素の吸収／放出のために従来行われていたような甚だしい温度制御又は圧力制御を行うことが困難あるいは不適当な場所（例えば自動車等の車両、船舶、住居）における水素供給源として有用である。
【００１４】
また、本発明は、本明細書において教示される水素吸収方法及び／又は水素放出方法を実施し得る発電システム（発電装置）を提供する。
本発明によって提供される一つの発電システムは、主要構成要素として燃料電池（典型的にはセルスタック）と、上述した本発明の水素貯留器とを備えるシステムであり、その水素貯留器は、当該燃料電池の燃料極に水素を供給可能な状態で接続されている。
かかる構成の発電システムは、従来のような激しい温度制御又は圧力制御を行うことが困難な場所あるいは不適当な場所（例えば燃料電池を駆動源とする自動車）における水素供給源として有用である。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、いずれも従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書及び図面によって開示されている事項と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
【００１６】
先ず、本発明の把握を容易にするため、本発明の水素吸収方法及び水素放出方法を実施した際に生じ得る水素吸蔵性炭素系材料（ここではグラファイト中のグラフェンシートについて説明するがこれに限定するものではない。）と水素との間の一作用形態について説明する。但し、本発明の水素吸収方法（水素吸蔵物製造方法）及び水素放出方法を、以下に説明する作用を奏するものに限定することを意図したものではない。上記振動数の振動を外部から付与することによって水素の吸収又は放出を効率よく行い得る方法である限り、本願発明に係る水素吸収方法又は水素放出方法に包含され得る技術である。
【００１７】
図１はグラフェンシート２の格子構造を模式的に示したものである。この図は、炭素原子３から成る６員環が蜂の巣状に規則正しく連なった平面型分子構造によってグラフェンシート２が構成されていることを端的に表している。一方、図２はグラフェンシート２を構成する一部の炭素原子３ａに水素原子１が吸着している状態を示し、このとき、水素１が吸着した炭素原子３ａが平面構造からずれる歪みが生じることを端的に表している。
本発明者は、図１に示すような平面型分子構造の炭素系材料に、水素（典型的には水素原子）が接近したとき、炭素原子３ａが平面構造からずれる上記歪みを有する場合と有しない場合とで、前者のほうが水素吸着に対する活性化障壁が低く水素吸着が促進されることを見出した。
図３は、グラフェンシートを構成する炭素原子へ水素原子が接近又は離れる時の水素原子に係るポテンシャルエネルギー（ｅＶ）を当該水素原子のグラフェンシートからの距離に関連づけて示したグラフであり、当該炭素原子に上記歪みがある場合とない場合とで場合分けして示してある。なお、図示されたポテンシャルエネルギー（ｅＶ）の結果は、密度汎関数理論に基づいた一般的な第一原理計算によって算出したものである。
【００１８】
また、本発明者は、水素１が吸着していない状態の炭素原子３ａ（図１）の格子振動の振動数（固有振動数：ｆＣ）と、水素１が吸着している状態の炭素原子３ａ（図２）の格子振動の振動数（固有振動数：ｆＨＣ）とが異なることを見出した。本発明は、かかる固有振動数の差異を利用して、水素の吸収／放出を容易に制御することを可能にした技術である。
【００１９】
すなわち、本発明の水素吸収方法（即ち水素吸蔵物製造方法）及び水素放出方法では、水素吸蔵用材料（炭素系材料）を構成する炭素原子（典型的には結晶格子を構成する炭素原子）の固有振動数に相当する振動数の振動を当該材料に付与することによって当該炭素系材料の表面とその表面の近傍に存在する水素（典型的には水素原子）との相互作用を活発化／抑制させ、結果、水素の吸収／放出効率を向上させる方法である。従って、本発明の実施にあたって好ましい水素吸蔵用材料は、上記固有振動数の振動が付与されることによって上記歪を誘起／抑制し、容易に水素の吸収／放出効率を向上させうるもの、また、その吸収と放出を効率化させる上記固有振動数が異なるものが好ましい。
【００２０】
好ましい炭素系材料として、特に平面型分子構造（好ましくは炭素６員環及び／又は炭素５員環を含む構造）を有する炭素または炭素化合物が好適である。この種の材料としては、フラーレン、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、グラファイト等から構成された材料が挙げられる。ベンゼン、ナフタレンのような単環および多環芳香族化合物、或いはベンゼン環を基本骨格として構成されているポリマー（フェノール樹脂等）も水素吸蔵性炭素系材料として好適である。
なお、水素吸蔵用材料のサイズや形状は、用途に応じて適宜異なり得るものであり、特に限定されない。自動車等に積載して使用する場合には、適当なサイズの筒状、円盤状、粒状等に成形されたもの、あるいは所定形状の支持体の表面に層状に形成された水素吸蔵用材料が好ましい。
【００２１】
本発明の水素吸収方法（水素吸蔵物製造方法）を実施する場合、炭素系材料を水素が移動できる雰囲気（流体）中に配置する。典型的には水素ガス雰囲気又は水素を高濃度に含む雰囲気（プラズマ状態の場合を含む）中に炭素系材料を配置するとよい。あるいは水素イオンを高濃度に含む液体中に配置してもよい。
水素吸蔵用材料（炭素系材料）に対する水素供給源として、水素分子を含むガスを利用する場合、供給するガスの少なくとも５０ｍｏｌ％が水素であるものが好ましく、水素濃度が９０〜１００ｍｏｌ％であるものが特に好ましい。
また、本発明の水素吸収方法では、供給するガスの圧力を特に高くすることなく効率のよい水素吸収を実現し得る。例えば、カーボンナノチューブやグラファイト製の材料を使用する場合、１〜５気圧（０．１〜０．５ＭＰａ）程度の圧力の水素含有ガスを供給するとよい。勿論それよりも高圧のガスを供給しても構わない。
また、本発明の水素吸収方法及び水素放出方法を行う際の温度条件に特に限定はなく、幅広い温度において本発明に係る方法を実施することができる。本発明の水素吸収方法及び水素放出方法は、常温域（例えば０〜４０℃）で好適に実施することができる。
【００２２】
本発明の水素吸収方法（水素吸蔵物製造方法）を実施する場合に付与する振動の振動数は、種々の物理的手法による測定、又は理論計算により算出することができる。例えば、ベンゼンを水素吸蔵用材料とする場合、水素吸収を効率化する固有振動は、骨格面外変角振動であり、その振動数は、ラマン散乱の解析又は、密度汎関数理論に基づく一般的な分子軌道計算によって容易に算出することができる。
ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）の水素吸収を効率化する上記振動の波数は、測定値、計算値ともに約４１０ｃｍ−１で、振動数換算約１２．３テラヘルツである。この場合の水素吸蔵物即ちシクロヘキサン（Ｃ６Ｈ１２）から、水素放出を効率化する振動として、約３７６ｃｍ−１（約１１．３テラヘルツ）、約１１７９ｃｍ−１（約３５．３テラヘルツ）の振動が上げられる。
【００２３】
水素吸蔵用材料が平面型分子構造を有する炭素又は炭素化合物を主体に構成されたものである場合は、密度汎関数理論に基づいた一般的な第一原理計算によって、ｆＣ及びｆＨＣを容易に算出することができる。例えば、上記グラフェンシートのようなグラファイト構造の炭素系材料において、水素が吸着していない状態の炭素原子（図１）の固有振動数（特性振動数：ｆＣ）は、上記第一原理計算に基づくと、約１１２テラヘルツである。一方、水素が吸着している状態の炭素原子（図２）の固有振動数：ｆＨＣは、上記第一原理計算に基づくと、約９７．５テラヘルツである。
【００２４】
従って、上述したようなグラフェンシート２への水素吸収を促進させるためには、図４に模式的に示すように、トランスデューサ１４のような振動供給手段によって振動数（ｆＣ）が約１１２テラヘルツである振動（典型的には当該振動数の弾性波又は電磁波）をグラフェンシート２に与える。このことによって、グラフェンシート２の格子を構成する炭素原子３が共鳴（共振）し、格子面より飛び出したような振幅の大きい振動が当該炭素原子３に誘起され、結果、グラフェンシート２の近傍に供給された水素１（典型的には水素原子）がより効率よくグラフェンシート２の格子を構成する炭素原子３に吸着し得る。特に断定するものではないが、密度汎関数理論に基づいた一般的な第一原理計算によると、上記テラヘルツ振動を付与した場合のグラフェンシート構成炭素原子の水素吸着に対する活性化障壁は、０．１６８ｅＶとなる。この値は、上記テラヘルツ振動を付与しない場合のグラフェンシート構成炭素原子の水素吸着に対する活性化障壁０．３２０ｅＶ（上記第一原理計算の計算値）よりも低い。この活性化障壁の差（Ｅｖ：０．１５２ｅＶ）は、室温（２７℃＝３００Ｋ）における水素吸着確率を約３６２倍引き上げるものといえる（計算式：ｅｘｐ（−Ｅｖ／ｋＴ）による。ここでＴは絶対温度、ｋはボルツマン定数である。）。
【００２５】
他方、水素吸蔵物たる水素が吸着したグラフェンシート２からの水素放出を促進させるためには、図５に模式的に示すように、トランスデューサ１４のような振動供給手段によって振動数（ｆＨＣ）が約９７．５テラヘルツである振動（典型的には弾性波又は電磁波）をグラフェンシート２に与える。このことによって、グラフェンシート２の水素吸着炭素原子３が共鳴（共振）し、結果、吸着されていた水素１がより効率よく炭素原子３から離脱して外部に放出され得る。特に断定するものではないが、密度汎関数理論に基づいた一般的な第一原理計算によると、上記テラヘルツ振動を付与した場合の水素吸着炭素原子の水素放出（離脱）に対する活性化障壁は、０．１５３ｅＶとなる。この値は、上記テラヘルツ振動を付与しない場合の水素吸着炭素原子の水素放出（離脱）に対する活性化障壁０．９３６ｅＶ（上記第一原理計算の計算値）よりも低い。この活性化障壁の差（Ｅｖ：０．７８３ｅＶ）は、室温（２７℃＝３００Ｋ）における水素放出（離脱）確率を約１５兆倍に引き上げるものといえる（計算式：ｅｘｐ（−Ｅｖ／ｋＴ）による。ここでＴは絶対温度、ｋはボルツマン定数である。）。
【００２６】
なお、水素吸蔵用材料（炭素系材料）に所定の振動数の振動を付与し得る振動供給手段としては、特に限定されない。用いる水素吸蔵用材料の種類に応じて、その材料の主要構成原子の固有振動数は異なり得るが、種々のトランスデューサを使用することによって、当該水素吸蔵用材料／水素吸蔵物の固有振動数に相当する所定の振動数（周波数）の弾性波（音波）を当該水素吸蔵用材料／水素吸蔵物に付与することができる。或いは、種々のレーザ照射装置を使用することによって、所定の振動数（周波数）の電磁波を電磁波−弾性波変換トランスデューサに付与し発生する所定の振動の弾性波を水素吸蔵用材料／水素吸蔵物に付与することができる。又は、所定の振動数の電磁波を、直接水素吸蔵材料／水素吸蔵物に照射することにより、水素吸収／放出を効率化させる上記振動を起こさせることができる。
例えば、数十テラヘルツ以上の電磁波は、光の領域であり、従来のレーザー発振技術で、所定の振動数の連続波レーザー光（電磁波）を発生することが可能である。また、数百ギガヘルツ以下は、従来の半導体電子回路技術を用いて所定の振動数の連続波電磁波を発生することが可能である。その中間および境界領域においては、二つの連続波レ−ザ−光を混合することにより、それらレ−ザ−のビ−ト周波数（差周波数）に相当するコヒ−レントな単色のテラヘルツ電磁波を連続的に発生させることができる。混合する二つのレーザー光の周波数を選択することにより、所定の振動数の連続波電磁波を発生することが可能である。
なお、本発明の実施にあたっては、目的とする固有振動数に相当する振動数（周波数）の振動を弾性波として或いは電磁波として付与し得る既存の振動発生装置を振動供給手段として適宜採用すればよく、使用する振動供給手段について特に制限はない。
【００２７】
次に、本発明に係る水素貯留器の好適な一実施形態を図６を参照しつつ説明する。図６に示す水素貯留器１０は、円筒状のケーシング１３と、板状に成形されたグラファイト製の水素吸蔵用材料１２とから構成されている。この水素貯留器１０では、かかる水素吸蔵用材料１２がケーシング１３内に複数個（本図では６個）積層した状態で配置されている。また、ケーシング１３内には、図示しない外部電源と電気的に接続された状態のトランスデューサ１４が配置されている。特に限定するものではないが、このトランスデューサ１４として好ましいものは所定の振動数の振動（弾性波）を発生させ得る振動子として機能するものであり、本実施形態においては上記ｆＣおよびｆＨＣに相当する振動数の振動を各水素吸蔵用材料１２に付与し得るように、上記積層された水素吸蔵用材料１２の各々に接触した状態で配置されている。
一方、ケーシング１３には、図示しない水素ガス供給源（例えば水素ガスタンク）から水素ガスをケーシング１３内に導入するためのガス供給口１５と、必要に応じてケーシング１３内のガス（水素）を所定の水素利用機関（例えば燃料電池ユニット）に送出するためのガス排出口１６とが設けられている。
【００２８】
上記構成の水素貯留器１０では、典型的には室温条件下（例えば２０〜４０℃）にて、水素ガス供給源からガス供給口１５を介してケーシング１３内に水素ガス（分子）を所定の流量（流速）で供給しつつ、トランスデューサ１４を作動させて上記ｆＣに相当する振動数の振動（弾性波）を板状水素吸蔵用材料１２に付与することができる。かかる水素ガス供給及び振動付与によって、板状水素吸蔵用材料１２に効率よく多量の水素を吸収させることができる。
一方、多量の水素を吸収した板状水素吸蔵用材料１２（即ち水素吸蔵物１２）から水素を放出させ、所定の外部機関（例えば燃料電池ユニット）に水素ガスを供給したい場合には、ガス供給口１５を介してケーシング１３内に適当なキャリアーガス（例えば窒素）を所定の流量（流速）で供給しつつ、トランスデューサ１４を作動させて上記ｆＨＣに相当する振動数の振動（弾性波）を板状水素吸蔵用材料（水素吸蔵物）１２に付与する。かかる振動付与によって、板状水素吸蔵用材料（水素吸蔵物）１２から効率よく多量の水素を放出させることができる。なお、水素ガス放出に伴う、水素ガス圧の上昇分が、外部機関の必要とする入力ガス圧に達する場合は、キャリアガスは必ずしも必要ではない。さらに、水素の搬送を上記気体状態でおこなうものに限定するものではなく、液体状態の流体を利用することも可能であるし、また、ケーシング１３内を固体電解質で満たし、プロトン伝導を利用する方法も可能である。若しくは、水素吸蔵物を燃料電池の燃料極とし、水素貯留器と燃料電池を一体化することも可能である。このように、本実施形態に係る水素貯留器１０を用いると、従来のような甚だしい温度制御やガス圧制御を行うことなく、容易且つコントローラブルに目的とする水素利用機関に水素を供給することができる。
【００２９】
なお、水素貯留器１０の形態ならびにその中に配置される水素吸蔵用材料の形態は、図６に示すものに限定されず、用途に応じて種々の形態をとり得る。例えば、自動車等に搭載する場合には、エンジンやモータ等の主要装置類の隙間に収容され得る形状のもの、例えば長筒状のケーシングに筒状の水素吸蔵用材料を何本も収容したような筒形状（筒全体が真っ直ぐであってもよく、ボンネット内において他の装置類の隙間を縫うように配置し得るような折れ曲がり形状のものであってもよい。）の水素貯留器であってもよい。また、上記トランスデューサ１４に代えて或いは当該トランスデューサ１４に加えて、所定の振動数の電磁波（ビーム等）を水素吸蔵用材料に付与し得るレーザ照射装置を備えてもよい。
【００３０】
次に、上述したような機能を有する水素貯留器を備えた水素供給システムの一具体例として、燃料電池を主要構成要素とする発電システムについて説明する。図７は、当該発電システムを模式的に示すブロック図である。
この図に示すように、本実施形態に係る発電システム３０は、上述の水素貯留器１０と、固体高分子電解質型燃料電池（セルスタック）２０とを主体として構成されるシステムである。燃料電池２０は、プロトン伝導体（固体高分子電解質）２２を挟んで酸素極（空気極）２３と燃料極（水素極）２１とが配置されている。これら両極２１，２３は、外部配線回路２４に電力を供給し得るように当該回路２４と電気的に接続している。
燃料極２１には水素貯留器１０が水素供給管を介して接続されており、当該水素貯留器１０から燃料極２１に水素を供給することができる。通常の燃料電池と同様、燃料極２１および酸素極２３には、各極２１，２３に供給された水素分子や酸素分子を利用して種々の電気化学的反応を触媒する適当な触媒（白金等）がそれぞれ担持されている。
【００３１】
かかる構成の発電システム３０によると、上述した水素貯留器１０に装備されたトランスデューサ１４を作動させてｆＨＣに相当する振動数の振動を発生させることによって、水素吸蔵物（水素吸蔵用材料）に吸蔵されていた水素を必要に応じて燃料極２１に供給することができる。このため、必要量の電流を効率的に外部回路２４に供給することができる。
【００３２】
なお、本発明によって提供される発電システム（燃料電池システム）は、当該システムで使用される水素貯留器（水素供給手段）が本発明によって提供されるものであればよく、その他の構成によって限定されるものではない。例えば、燃料電池としては固体高分子電解質型のものに限られず、他の形式（例えば、リン酸型、溶融炭酸塩型、酸素イオン導電体を用いる高温固体電解質型）の燃料電池を採用してもよい。
また、上記説明では、発明システムを構成する主要部分のみを説明したが、その他の付属設備の存在を否定するものではなく、通常の燃料電池システムを構築するうえで付設され得る種々の設備（例えば集電体やセパレータの他、燃料電池本体に水を供給するための給水装置、加熱装置、冷却装置等）を装備し得ることは勿論である。
【００３３】
また、上述の説明では、水素を燃料電池２０に供給するための水素貯留器１０を装備した構成について説明したが、この形態に限定されない。例えば、図７に破線で示したように、燃料極２１からの排出ライン（即ち燃料極２１に供給した水素を含むガスを当該燃料極２１から排出するライン）上にも本発明に係る水素貯留器１０を装備し得る。この場合には、燃料極２１に供給された水素であって燃料極２１において利用されずに排出された水素を、かかる水素貯留器１０中の水素吸蔵用材料に吸収させて回収することができる。すなわち、水素排出ライン上の水素貯留器１０に装備されたトランスデューサ１４を作動させ、ｆＣに相当する振動数の振動を発生させることによって、燃料極２１側から排出された水素を水素貯留器１０中の水素吸蔵用材料に吸収させて回収することができる。このため、本形態の発電システムによると、燃料電池２０に供給する水素の浪費を抑制するとともに、回収した水素の再利用（即ち燃料極２１側から排出された水素を回収・吸蔵した水素貯留器１０を水素供給用の水素貯留器１０として利用する。）を図ることができる。
【００３４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、本発明は、本明細書において教示された水素貯留器と、水素を燃料とする内燃機関又は外燃機関（例えば水素エンジン、スターリング・エンジン）とを備え、当該貯留器から水素を内燃機関又は外燃機関に供給することを特徴とする動力システムを提供することができる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】グラフェンシートの格子構造を説明する模式図である。
【図２】グラフェンシートの格子を構成する炭素原子の一部に水素原子が吸着した状態を説明する模式図である。
【図３】グラフェンシートを構成する炭素原子へ水素原子が接近又は離れるときの水素原子に係るポテンシャルエネルギー（ｅＶ）と、当該水素原子のグラフェンシートからの距離（Å）との関係を示すグラフである。
【図４】グラフェンシートに特定の振動数（ｆＣ）の振動を付与することによって、当該グラフェンシートに水素を効率よく吸着させることを模式的に示した説明図である。
【図５】水素吸蔵グラフェンシートに特定の振動数（ｆＨＣ）の振動を付与することによって、当該グラフェンシートから水素を効率よく放出させることを模式的に示した説明図である。
【図６】本発明に係る水素貯留器の好適な一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図７】本発明に係る水素貯留器と燃料電池とを備えた発電システムの好適な一実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  水素原子
２  グラフェンシート
３  炭素原子
１０  水素貯留器
１２  水素吸蔵用材料
１４  トランスデューサ（振動供給手段）
２０  燃料電池
２１  燃料極
２３  酸素極
３０  発電システム
【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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