(57)【要約】【課題】  熱エネルギー源が腐食性の高い流体であっても化学的に安定しており、熱流束が低下する恐れが少ない水素発生基板を提供する。多量の触媒を担持させることのできる水素発生基板を提供する。【解決手段】  セラミックス板２と、セラミックス板に接合され表面に凹凸が形成された金属板１と、金属板の凹凸面に形成されたアルミニウム被膜４と、アルミニウム被膜に形成された陽極酸化被膜５と、陽極酸化被膜に形成された微細孔5bの中に担持された触媒６を有する水素発生基板。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹凸が形成された金属板と、金属板の凹凸面に形成されたアルミニウム被膜と、アルミニウム被膜に形成された酸化膜と、酸化膜に形成された微細孔の中に担持された触媒を有することを特徴とする水素発生部材。
【請求項２】
セラミックス板と、セラミックス板に接合され表面に凹凸が形成された金属板と、金属板の凹凸面に形成されたアルミニウム被膜と、アルミニウム被膜に形成された酸化膜と、酸化膜に形成された微細孔の中に担持された触媒を有することを特徴とする水素発生基板。
【請求項３】
セラミックス板と金属板とを接合する接合工程と、金属板に凹凸を形成する加工工程と、金属板の凹凸面にアルミニウム被膜を形成する被膜形成工程と、アルミニウム被膜を陽極酸化する陽極酸化工程と、陽極酸化工程で形成された酸化膜の微細孔の中に触媒を担持させる触媒担持工程とからなることを特徴とする水素発生基板の製造方法。
【請求項４】
金属板に凹凸を形成する加工工程と、金属板の凹凸面にアルミニウム被膜を形成する被膜形成工程と、アルミニウム被膜を陽極酸化する陽極酸化工程と、セラミックス板と金属板とを接合する接合工程と、陽極酸化工程で形成された酸化膜の微細孔の中に触媒を担持させる触媒担持工程とからなることを特徴とする水素発生基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を貯蔵又は放出することのできる有機ハイドライドから水素ガスを放出する化学反応を容易に起こさせることのできる水素発生基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の使用によって発生した二酸化炭素等の温暖化ガスの影響で地球温暖化の問題はますます深刻になっている。その対策の一つとして化石燃料から再生可能な水素へのエネルギー転換が進められつつある。
【０００３】
水素エネルギーへの転換を実現するうえで解決しなければならない課題の一つに貯蔵の問題がある。製造された水素は燃料電池等へ直接供給されるのではなく一旦、貯蔵設備に蓄えられる。圧縮水素ボンベ、液化水素タンク、水素吸蔵合金、カーボンナノチューブなどの貯蔵手段があるが、大きさ、重量、水素ガスの漏洩、安全性等の貯蔵手段として求められる性能の全てを高水準で満たすものは未だ開発されていない。
【０００４】
これらの求められる性能の全てを高水準で満たすことのできる水素貯蔵手段として近年注目されているのが有機ハイドライドである。ベンゼンやナフタレン等の芳香族化合物を貴金属触媒のもと特定条件におくと大量の水素ガスと結びついてシクロヘキサンやデカリン等の有機ハイドライドに変換される。逆の変換で水素ガスを放出させることも容易である。有機ハイドライドは常温常圧下では液体であるため水素に比べて貯蔵や取り扱いが容易である。
【０００５】
有機ハイドライドを媒体とする水素の貯蔵・供給装置については、例えば特許文献１で詳細に開示されている。特許文献１は媒体が流通する面状の流路と、流路に形成された触媒層と、生成された水素と、水素を貯蔵した媒体及び水素を放出した媒体とを各々分離する水素分離手段と、水素、水素を貯蔵した媒体及び水素を放出した媒体が各々流入又は流出する流通口とが一体に形成され水素貯蔵・供給装置を開示している。
【０００６】
この水素貯蔵・供給装置のなかで特に重要なのが有機ハイドライドと触媒とを接触させる構造である。一例としてAlN高熱伝導基板上にスパッタ及び電気めっきによりCu膜を形成した後、エッチングにより金属パターンを形成し、パターンの腐食防止のためその表面に金めっきを施し、その上にPt粒子混合アルミナゾルを塗布し焼成することで触媒層を形成することを示している（段落００９９、図１２）。AlN高熱伝導基板を介して反応に必要な熱を得るため、熱エネルギー源が腐食性の高い流体であっても化学的に安定しており、熱流束が低下する恐れが少ないという利点がある。
【０００７】
別の例として純アルミニウム板を高熱伝導基板として用い、エッチングで同じ金属からなる平面パターンを有する流路突起を形成した後、アルミニウム表面を陽極酸化、細孔拡大、最後に、白金コロイドを用いて触媒担持することを示している（段落０１０９〜０１１０、図１５）。陽極酸化で得た多数の細孔に多量の触媒を担持させることができるため反応速度が向上する利点がある。
【特許文献１】特開２００５−１２６３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１で記載している前者の例ではＣｕ板をエッチングして得た凹凸パターン上に触媒を塗布しているため多量の触媒を担持させることができないという課題があった。後者の例では純アルミニウム板を介して反応に必要な熱を得るため、熱エネルギー源が腐食性の高い流体であると化学的に不安定であり、熱流束が低下する恐れがあるという課題があった。
【０００９】
したがって本発明の目的は、熱エネルギー源が腐食性の高い流体であっても化学的に安定しており、熱流束が低下する恐れが少ない水素発生基板を提供することである。本発明の別の目的は、多量の触媒を担持させることのできる水素発生基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者等は、セラミックス板に金属板を接合し、金属板にアルミニウム被膜を形成し、アルミニウム被膜を陽極酸化して多数の微細孔を形成することで上記の目的を達成できることを見出した。
【００１１】
すなわち本願第１の発明は、表面に凹凸が形成された金属板と、金属板の凹凸面に形成されたアルミニウム被膜と、アルミニウム被膜に形成された酸化膜と、酸化膜に形成された微細孔の中に担持された触媒を有することを特徴とする水素発生部材である。
【００１２】
本願第２の発明は、セラミックス板と、セラミックス板に接合され表面に凹凸が形成された金属板と、金属板の凹凸面に形成されたアルミニウム被膜と、アルミニウム被膜に形成された酸化膜と、酸化膜に形成された微細孔の中に担持された触媒を有することを特徴とする水素発生基板である。
【００１３】
本願第３の発明は、セラミックス板と金属板とを接合する接合工程と、金属板に凹凸を形成する加工工程と、金属板の凹凸面にアルミニウム被膜を形成する被膜形成工程と、アルミニウム被膜を陽極酸化する陽極酸化工程と、陽極酸化工程で形成された酸化膜の微細孔の中に触媒を担持させる触媒担持工程とからなることを特徴とする水素発生基板の製造方法である。
【００１４】
本願第４の発明は、金属板に凹凸を形成する加工工程と、金属板の凹凸面にアルミニウム被膜を形成する被膜形成工程と、アルミニウム被膜を陽極酸化する陽極酸化工程と、セラミックス板と金属板とを接合する接合工程と、陽極酸化工程で形成された酸化膜の微細孔の中に触媒を担持させる触媒担持工程とからなることを特徴とする水素発生基板の製造方法である。
【００１５】
上記の発明において金属板は銅板または銅合金板であることが好ましい。
【００１６】
上記の発明においてセラミックス板に金属板を接合することに替えてセラミックス板に無電解めっきプロセスで金属被膜を形成してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
上述のように、本発明の水素発生基板およびその製造方法によれば、熱エネルギー源が腐食性の高い流体であっても化学的に安定しており、熱流束が低下する恐れが少ないく、且つ多量の触媒を担持させることのできる水素発生基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、これら実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１９】
図１（ａ）〜（ｅ）の各製造工程を順に説明する。
［接合工程］（図１（ａ））
セラミックス基板２に30mm×50mm×厚さ0.5mmのAlN板を使用し、金属板１に30mm×50mm×厚さ2mmのCu板を使用した。両者を銀ろう材で接合した。接合にはスズ−アンチモン等のハンダを使用することもできる。Cu板を接合する替わりに無電解めっきでCu層をセラミックス基板２に形成してもよい。
【００２０】
［加工工程］（図１（ｂ））
AlN板と接合したCu板にエッチングによって500μm×50mm×深さ150μmの複数の溝部３をそれぞれ平行に形成した。Cu板の溝部を形成した側の面は凹凸面となる。溝部は有機ハイドライドが流れる流路となる。有機ハイドライドが流路を流れる間に分解反応が進む。例えばデカリンなら溝部でナフタレンと水素ガスとに分解される。
【００２１】
［被膜形成工程］（図１（ｃ））
Cu板の凹凸面にアルミニウム被膜を形成する。成膜速度が比較的速いことや凹凸面にも成膜が可能である等の理由から成膜手段は電解アルミニウムめっきが好ましい。具体的にはジメチルスルホンと無水塩化アルミニウムをモル比で5：1の割合で混合し、110℃で溶解して電解アルミニウムめっき液を建浴した。陽極には純度99.99％のAl板を使用し、陰極にはAlN板と接合したCu板を電気的に接合した。建浴した電解アルミニウムめっき液中で6A/dm2の電流密度で30分間通電した。その結果、Cu板の溝部３を含む凹凸面に平均厚さ100μｍのアルミニウムめっき膜４が析出した。絶縁性であるAlN板には電流が流れないためAlN板にアルミニウムめっき膜は析出しない。
【００２２】
［陽極酸化工程］（図１（ｄ））
アルミニウムめっき膜４を陽極酸化した。陽極酸化によりアルミニウムめっき膜４の表面は酸化膜５となりその下には一部のアルミニウムめっき膜４が残る。酸化膜５はセル５ａの集合体であり各セル５ａは微細孔５ｂを有している。図１（ｄ）は陽極酸化した後の図１（ｃ）Ａ部の拡大図である。
【００２３】
［触媒担持工程］（図１（ｅ））
微細孔５ｂのなかに白金触媒６を担持させる。微細孔５ｂは極めて大きな被表面積を有しているために白金触媒を高密度に担持させることができる。
【００２４】
本発明の水素発生基板は反応に必要な熱をセラミックス基板２を介して得ている。セラミックスは化学的に安定しているので熱の媒体が腐食性の高い流体であっても腐食等の恐れがない。本発明の水素発生基板は陽極酸化で形成した無数の微細孔５ｂに触媒を担持するので触媒を高密度に担持することができる。
【００２５】
本発明の水素発生基板の製造工程は図１に限られるものではない。図２に示すように［加工工程］［被膜形成工程］［陽極酸化工程］［接合工程］［触媒担持工程］の順に製造することもできる。この場合、セラミックス基板２が加工工程、被膜形成工程、陽極酸化工程を経ることがないため、それらの工程でセラミックス基板２の受けるダメージが少ないという利点がある。
【００２６】
本発明の構造においてCu板に替えてAl板をセラミックス基板に接合して、Al板に凹凸加工および陽極酸化を施せばアルミめっき工程を省略できる。しかし、このプロセスには次のような問題点がある。すなわち、Al板に直接凹凸加工をするにはある程度の厚さのAl板が必要であるが、セラミックス基板の熱膨張係数に対してAl板のそれはかなり大きいため熱膨張差による歪が生じやすい。歪を繰り返すことによりセラミックス基板に亀裂が生じる恐れがある。
【００２７】
本発明の構造では、アルミニウム被膜はAl板に比べて十分に薄く、且つCu板が応力緩衝層として作用するため歪量は少ない。よってセラミックス基板に亀裂が生じる恐れは少ないのである。またセラミックス基板とアルミニウム被膜の間に熱伝導率の大きいCu板を設けることで反応に必要な熱を速やかに伝える効果も期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、水素を貯蔵又は放出することのできる有機ハイドライドから水素ガスを放出する化学反応を容易に起こさせることのできる水素発生基板およびその製造方法に利用出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の水素発生基板の製造工程を模式的に示す図である。
【図２】本発明の水素発生基板の別の製造工程を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
２  セラミックス基板
１  金属板
３  溝部
４  アルミニウムめっき膜
５  酸化膜
５ａ  セル
５ｂ  微細孔
６  白金触媒
【図１】
2007326078.tif 000003
【図２】
2007326078.tif 000004