(57)【要約】【課題】低温でも水素を発生できかつ水素を固体状態で保存できる水素発生材料を提供する。【解決手段】金属アミドと金属水素化物とを含んた水素発生材料を構成した。水素発生材料を加熱して金属アミドと金属水素化物とを反応させて、水素を発生させる。金属アミドと金属水素化物との反応は３２０℃より低温でも進行するので、従来よりも水素発生に使用するエネルギー量を低減でき、かつ、当該水素発生材料を備えた水素発生装置を小型化できる。水素を加熱前の水素発生材料において固体状態で保存している、すなわち、水素は固体物質である金属アミドおよび金属水素化物に構成元素として取り込まれているので、当該水素発生材料を備えた水素発生装置に大きな耐圧性を付与することもなく、装置全体の重量やサイズをコンパクト化できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属アミドと金属水素化物とを含んで構成され、
加熱により前記金属アミドと前記金属水素化物とが反応して、水素を発生させる
ことを特徴とした水素発生材料。
【請求項２】
請求項１に記載の水素発生材料において、
前記金属アミドは、２種以上の金属を含む金属アミドである
ことを特徴とした水素発生材料。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水素発生材料において、
前記金属アミドは、リチウム（Ｌｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含む金属アミドである
ことを特徴とした水素発生材料。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の水素発生材料において、
前記金属アミドは、金属とアンモニアとの反応によって合成された
ことを特徴とした水素発生材料。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の水素発生材料において、
前記金属水素化物は、２種以上の金属を含む金属水素化物である
ことを特徴とした水素発生材料。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の水素発生材料において、
前記金属水素化物は、リチウム（Ｌｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含む金属水素化物である
ことを特徴とした水素発生材料。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の水素発生材料において、
前記金属アミドおよび前記金属水素化物に加えて、触媒機能物質が添加されている
ことを特徴とした水素発生材料。
【請求項８】
請求項７に記載の水素発生材料において、
前記触媒機能物質は、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、イリジウム（Ｉｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ランタン（Ｌａ）、カルシウム（Ｃａ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブテン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、銀（Ａｇ）から選ばれた１種もしくは２種以上の金属またはその化合物またはその合金、あるいは水素貯蔵合金である
ことを特徴とした水素発生材料。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の水素発生材料において、
前記触媒機能物質は、前記金属水素化物に対して０．１質量％以上２０質量％以下の範囲内で添加されている
ことを特徴とした水素発生材料。
【請求項１０】
金属アミドと金属水素化物とを含んで構成された水素発生材料を加熱して、
前記金属アミドと前記金属水素化物とを反応させて水素を発生させる
ことを特徴とする水素発生方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の水素発生方法において、
前記金属アミドは、２種以上の金属を含む金属アミドである
ことを特徴とする水素発生方法。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の水素発生方法において、
前記金属アミドは、リチウム（Ｌｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含む金属アミドである
ことを特徴とする水素発生方法。
【請求項１３】
請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載の水素発生方法において、
前記金属アミドは、金属とアンモニアとを反応させて合成したものである
ことを特徴とする水素発生方法。
【請求項１４】
請求項１０ないし請求項１３のいずれかに記載の水素発生方法において、
前記金属水素化物は、２種以上の金属を含む金属水素化物である
ことを特徴とする水素発生方法。
【請求項１５】
請求項１０ないし請求項１４のいずれかに記載の水素発生方法において、
前記金属水素化物は、リチウム（Ｌｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含む金属水素化物である
ことを特徴とする水素発生方法。
【請求項１６】
請求項１０ないし請求項１５のいずれかに記載の水素発生方法において、
前記金属アミドおよび前記金属水素化物に加えて、触媒機能物質を添加する
ことを特徴とする水素発生方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の水素発生方法において、
前記触媒機能物質は、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、イリジウム（Ｉｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ランタン（Ｌａ）、カルシウム（Ｃａ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブテン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、銀（Ａｇ）から選ばれた１種もしくは２種以上の金属またはその化合物またはその合金、あるいは水素貯蔵合金である
ことを特徴とする水素発生方法。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７に記載の水素発生方法において、
前記触媒機能物質を、前記金属水素化物に対して０．１質量％以上２０質量％以下の範囲内で添加する
ことを特徴とする水素発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素発生材料および水素発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば燃料電池の燃料等に用いられる水素を発生させる技術として、高圧ボンベを用いる方法や、液体水素を気化させる方法、水素発生材料や水素貯蔵物質を加熱する方法、炭化水素の水蒸気改質法などが知られている。中でも、水素発生材料を加熱する方法は簡便であり、当該方法を利用した水素発生装置は小規模であるため、移動体に載置する場合などに適している。このような水素発生方法においては、水素発生材料の水素放出温度が低い程、水素発生に必要な消費エネルギーを低減でき、かつ、水素発生装置の小型化に寄与できるため好ましい。
【０００３】
ここで、上記水素発生材料としては、例えば、希土類系やチタン系、バナジウム系、マグネシウム系等を中心とする金属材料、アラネート水素化物（例えば、水素化ナトリウムアルミニウム(ＮａＡｌＨ４)や水素化リチウムアルミニウム(ＬｉＡｌＨ４)）等の軽量無機化合物、カーボン等の種々の材料が知られている。また、リチウムアミド（ＬｉＮＨ２）を水素発生材料として用い、下記（１）および（２）の反応を経て水素を発生させる方法も報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
〔化学式〕
ＬｉＮＨ２＋２ＬｉＨ＝Ｌｉ２ＮＨ＋ＬｉＨ＋Ｈ２…（１）
Ｌｉ２ＮＨ＋ＬｉＨ＝Ｌｉ３Ｎ＋Ｈ２…（２）
【０００５】
上記非特許文献１では、上記式（１）における水素発生材料としてのＬｉＮＨ２を、窒化リチウム（Ｌｉ３Ｎ）の水素化によって合成する旨が記載されている。また、水素の放出特性として、上記式（１）の反応は２００℃以上で進行し始め、上記式（２）の反応は約３２０℃以上で進行し始めることが示されている。
【０００６】
この他、水素発生材料としてのＬｉＡｌＨ４と、液体として貯蔵したアンモニア（ＮＨ３）とを反応させ、水素を発生させる装置が知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００７】
【非特許文献１】Ping Chen et al., Interaction of hydrogen with metalnitrides and imides, NATURE Vol.420, 21 NOVEMBER 2002, p302〜304
【非特許文献２】Nicholas Sifer, Kristopher Gardner, “An analysis of hydrogen production ammonia hydride hydrogen generators for use in military fuel cell environments.”, Journal of Power Sources, 132, 135-138(2004).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記非特許文献１に記載の水素発生方法では、上記式（２）に示す反応は約３２０℃以上の高温下でなければ進行しない。このため、当該水素発生方法を利用する水素発生装置には十分な耐熱性を付与しなければならず、装置全体が大掛かりなものとなってしまう。また、水素発生に際して、加熱に要するエネルギー量も大きくなってしまう。このような観点において、３２０℃よりも低温で水素を発生可能な水素発生材料の開発が望まれている。
一方、上記非特許文献２に記載の構成では、水素発生のために液体状のアンモニアが必要であるために、液体アンモニアを貯蔵する容器に十分な耐圧性を付与しなければならない。このため、装置全体の重量やサイズが大きくなってしまい、例えば移動体に搭載することが困難となるなど、実用性に乏しいものとなるおそれがある。この点、液体アンモニアを利用せずに水素を固体状態で保存できれば、当該問題が生じることがない。
【０００９】
本発明の目的は、上記した問題に鑑みて、低温でも水素を発生できかつ水素を固体状態で保存できる水素発生材料および水素発生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達するために、本発明の水素発生材料は、金属アミドと金属水素化物とを含んで構成され、加熱により前記金属アミドと前記金属水素化物とが反応して、水素を発生させることを特徴とする。
このような本発明によれば、金属アミドと金属水素化物との反応が３２０℃より低温でも進行可能であるので、従来よりも水素発生に使用するエネルギー量を低減でき、かつ、当該水素発生材料を備えた水素発生装置を小型化できる。また、水素は、加熱前の水素発生材料において固体状態で保存されている、すなわち、固体物質である金属アミドおよび金属水素化物に構成元素として取り込まれている。このため、当該水素発生材料を備えた水素発生装置に大きな耐圧性を付与することもなく、装置全体の重量やサイズをコンパクト化できる。
【００１１】
ここで、金属アミドの金属としては、例えば、アルカリ金属（Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ、Ｒｂなど）、アルカリ土類金属（Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒなど）、Ｓｃ，Ｙ，希土類金属（Ｌａ，Ｃｅ、Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ、Ｇｄ）、３Ｂ族金属（Ｂ，Ａｌ、Ｇａなど）、４Ｂ族金属（Ｃ，Ｓｉ、Ｇｅなど）などが挙げられる。
そして、本発明では、前記金属アミドは２種以上の金属を含む金属アミドであることが望ましい。このような２種以上の金属を含む金属アミドとしては、例えば、ＬｉＢ（ＮＨ２）４、ＬｉＡｌ（ＮＨ２）４、ＬｉＮａ２（ＮＨ２）３、Ｌｉ３Ｎａ（ＮＨ２）４、Ｌｉ５Ｎａ（ＮＨ２）６、ＮａＢ（ＮＨ２）２、ＮａＡｌ（ＮＨ２）２などが挙げられる。さらに、本発明では、前記金属アミドはＬｉおよびＡｌを含む金属アミドであることが好ましく、特にＬｉＡｌ（ＮＨ２）４が望ましい。
このような本発明によれば、３２０℃よりも低温でも水素を発生でき、かつ、水素を固体状態で保存できる。特に、金属アミドとしてＬｉＡｌ（ＮＨ２）４を使用した場合、１６０℃程度でも水素を発生することが可能であるので、水素発生に当たっての消費エネルギーを大幅に低減でき、水素発生装置をよりコンパクト化できる。
【００１２】
このような金属アミドの合成方法としては、窒化物の水素化によって合成する方法や、金属とアンモニアの反応によって合成する方法などが例示できるが、本発明においては、前記金属アミドは金属とアンモニアの反応によって合成することが望ましい。この場合、水素発生材料を構成する金属アミドを高収率で得られるので、水素発生材料の製造コストを低減できる。当該金属アミドの合成方法としては、例えば下記（ａ）〜（ｃ）の方法が挙げられる。
【００１３】
（ａ）金属を液体アンモニアに溶解させ反応させる。この場合、反応温度は−４０〜４００℃、圧力は０．０１〜５００ＭＰａ、反応時間は０．０１〜５００時間とすることが好ましい。なお、−４０℃よりも低温では反応速度が小さく、４００℃よりも高温では金属アミドの分解反応も同時に進行する。また、０．０１ＭＰａよりも低圧ではアンモニアが液体状態を維持できないため良好に反応が進行せず、５００ＭＰａよりも高圧では耐圧材料が高価なため現実的ではない。そして、０．０１時間よりも短い反応時間では反応が充分に進行せず、５００時間よりも長い反応時間では生産性に問題がある。
【００１４】
（ｂ）金属をアンモニア雰囲気で反応させる。この場合、反応温度は０〜５００℃、圧力は０．０１〜５００ＭＰａ、反応時間は０．０１〜５００時間とすることが好ましい。なお、０℃よりも低温では反応速度が小さく、５００℃よりも高温では金属アミドの分解反応が同時に進行する。また、０．０１ＭＰａよりも低圧では反応速度が低いため良好に反応が進行せず、５００ＭＰａよりも高圧では耐圧材料が高価なため現実的ではない。そして、０．０１時間よりも短い反応時間では反応が充分に進行せず、５００時間よりも長い反応時間では生産性に問題がある。
【００１５】
（ｃ）金属塩（塩化物、臭化物、ヨウ化物など、好ましくは塩化物）を液体アンモニアに溶解させ反応させる。この場合、反応温度は−４０〜４００℃、圧力は０．０１〜５００ＭＰａ、反応時間は０．０１〜５００時間とすることが好ましい。なお、−４０℃よりも低温では反応速度が小さく、４００℃よりも高温では金属アミドの分解反応が同時に進行する。また、０．０１ＭＰａよりも低圧ではアンモニアが液体状態を維持できないため良好に反応が進行せず、５００ＭＰａよりも高圧では耐圧材料が高価なため現実的ではない。そして、０．０１時間よりも短い反応時間では反応が充分に進行せず、５００時間よりも長い反応時間では生産性に問題がある。反応後、副生する塩化アンモニウム等の塩を昇華などによって取り除く。
【００１６】
また、金属水素化物の金属としては、例えば、アルカリ金属（Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ、Ｒｂなど）、アルカリ土類金属（Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒなど）、Ｓｃ，Ｙ，希土類金属（Ｌａ，Ｃｅ、Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ、Ｇｄ）、３Ｂ族金属（Ｂ，Ａｌ、Ｇａなど）、４Ｂ族金属（Ｃ，Ｓｉ、Ｇｅなど）などが挙げられる。そして、本発明では、前記金属水素化物は２種以上の金属を含む金属水素化物であることが望ましい。このような２種以上の金属を含む金属水素化物としては、例えば、ＬｉＢＨ４、ＬｉＡｌＨ４、Ｌｉ３ＡｌＨ６、（Ｌｉ、Ｎａ）ＡｌＨ４、ＮａＢＨ４、ＮａＡｌＨ４などが挙げられる。さらに、本発明では、前記金属水素化物はＬｉおよびＡｌを含む金属水素化物であることが好ましく、特にＬｉＡｌＨ４やＬｉ３ＡｌＨ６が望ましい。
このような本発明によれば、３２０℃よりも低温でも水素を発生でき、かつ、水素を固体状態で保存できる。特に、金属水素化物としてＬｉＡｌＨ４を使用した場合、１６０℃程度で水素を発生することが可能となるので、水素発生に当たっての消費エネルギーを大幅に低減でき、水素発生装置をよりコンパクト化できる。
【００１７】
このような金属水素化物の合成方法としては、例えば金属を水素雰囲気で反応させる方法が例示できる。この場合、反応温度は０〜５００℃、圧力は０．０１〜５０ＭＰａ、反応時間は０．０１〜５００時間とすることが好ましい。なお、０℃よりも低温では反応速度が小さく、５００℃よりも高温では金属水素化物の分解反応が同時に進行する。また、０．０１ＭＰａよりも低圧では反応速度が低いため良好に反応が進行せず、５００ＭＰａよりも高圧では耐圧材料が高価なため現実的ではない。そして、０．０１時間よりも短い反応時間では反応が充分に進行せず、５００時間よりも長い反応時間では生産性に問題がある。
また、金属を２種類以上含む金属水素化物、例えばＬｉＡｌＨ４は、ＬｉＨとＡｌＣｌ３をジエチルエーテル中で反応させて合成することが好ましい。この場合、反応温度は−５０℃〜ジエチルエーテルの沸点（３４．６℃）までの範囲が望ましい。
【００１８】
上記した本発明の水素発生材料には、前記金属アミドおよび前記金属水素化物に加えて、触媒機能物質が添加されていることが好ましい。これにより、金属アミドの分解反応や、金属水素化物とアンモニアによる水素発生反応を促進させることができる。したがって、水素発生材料の単位重量または単位体積あたりの水素発生量を高くすることができる。
【００１９】
このような触媒機能物質としては、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、イリジウム（Ｉｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ランタン（Ｌａ）、カルシウム（Ｃａ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブテン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、銀（Ａｇ）から選ばれた１種もしくは２種以上の金属またはその化合物またはその合金、あるいは水素貯蔵合金であることが好ましい。このような場合、水素発生反応の促進効果を確実に得ることができる。
また、前記触媒機能物質は、前記金属水素化物に対して０．１質量％以上２０質量％以下の範囲内で添加されていることが好ましい。このような場合、水素発生反応の促進効率を向上できる。なお、触媒機能物質の添加量が０．１質量％よりも低い場合は水素発生反応の促進効果が得られず、触媒機能物質の添加量が２０質量％よりも高い場合は金属アミドと金属水素化物との反応を阻害してしまうおそれがある。
【００２０】
以上のような本発明は、水素発生材料としてのみならず、水素発生方法としても成立し得るものである。すなわち、本発明の水素発生方法は、金属アミドと金属水素化物とを含んで構成された水素発生材料を加熱して、前記金属アミドと前記金属水素化物とを反応させて水素を発生させることを特徴とする。
このような本発明によれば、前述した水素発生材料と同様の効果を奏することができる。すなわち、３２０℃より低温でも水素を発生でき、かつ、水素を固体状態で保存できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態の水素発生材料は、ＬｉおよびＡｌを含む金属アミドとしてのリチウムアルミニウムアミド（ＬｉＡｌ（ＮＨ２）４）と、ＬｉおよびＡｌを含む金属水素化物としての水素化リチウムアルミニウム（ＬｉＡｌＨ４）と、触媒機能物質とを含んで構成されている。これら、金属アミド、金属水素化物、触媒機能物質はそれぞれ粉状に形成されて、十分に混合された状態で反応容器内に封入されている。
【００２２】
ＬｉＡｌ（ＮＨ２）４は、例えば、金属Ｌｉおよび金属Ａｌを液体アンモニアに溶解させ反応させることにより合成されている。当該合成反応において、温度は−４０〜４００℃、圧力は０．０１ｋＰａ〜５００ＭＰａ、反応時間は０．０１〜５００時間の範囲内とする。例えば、−３４℃以下で金属Ｌｉおよび金属Ａｌを液体アンモニアに溶解させた後、８０℃に過熱して７２時間反応させた場合、原材料の金属Ｌｉ４０ｍｇに対して、約４５０ｍｇのＬｉＡｌ（ＮＨ２）４が生成される。
ＬｉＡｌＨ４は、例えば、水素化リチウム（ＬｉＨ）と塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）をジエチルエーテル中で反応させることにより合成されている。当該合成反応において、温度は−５０℃〜ジエチルエーテルの沸点（３４．６度）までの範囲内とする。
触媒機能物質は、例えばＴｉＣｌ３である。このような触媒機能物質は、金属水素化物であるＬｉＡｌＨ４に対して０．１質量％以上２０質量％以下の範囲内で添加されている。
【００２３】
上記した本実施形態の水素発生材料を用いた水素発生方法は、上記水素発生材料が封入された反応容器を、所定の温度（好ましくは３０〜５００℃、さらに好ましくは１００〜３００℃）まで加熱することにより実施される。これにより、金属アミド（ＬｉＡｌ(ＮＨ２)４）と金属水素化物（ＬｉＡｌＨ４）との間で下記（３）に示す反応が進行し、水素が発生する。下記（３）に示す反応は、１６０℃程度で進行可能であり、かつ、反応速度も非常に高いものとなる。また、下記（３）に示す反応は、１００℃程度以下では反応が進行しない可能性がある。このことは、後述する実施例においても確認されている。
【００２４】
〔化学式〕
３ＬｉＡｌＨ４＋３ＬｉＡｌ(ＮＨ２)４→６ＬｉＮＨ２＋２Ａｌ２(ＮＨ)３＋２Ａｌ＋９Ｈ２…（３）
【００２５】
このような本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
本実施形態の水素発生材料は、ＬｉＡｌ(ＮＨ２)４と、ＬｉＡｌＨ４と、触媒機能物質とを含んで構成されており、加熱によりＬｉＡｌ(ＮＨ２)４とＬｉＡｌＨ４とが上記式（３）に示す反応をして、水素を発生させる。このような上記式（３）に示す反応は１６０℃程度で進行可能であるので、従来よりも水素発生に使用するエネルギーを低減でき、かつ、当該水素発生材料を備えた水素発生装置を小型化できる。さらに、上記式（３）に示す反応は高い反応速度で進行するので、所望の量の水素を瞬時に生成可能な水素発生装置を提供できる。
また、水素は、加熱前の水素発生材料において固体状態で保存されている、すなわち、固体物質であるＬｉＡｌ(ＮＨ２)４およびＬｉＡｌＨ４に構成元素として取り込まれている。このため、当該水素発生材料を備えた水素発生装置に大きな耐圧性を付与することもなく、装置全体の重量やサイズをコンパクト化できる。
さらに、触媒機能物質をＬｉＡｌＨ４に対して０．１質量％以上２０質量％以下の範囲内で添加しているので、ＬｉＡｌ(ＮＨ２)４の分解反応や、ＬｉＡｌＨ４とアンモニアによる水素発生反応を促進させることができる。したがって、水素発生材料の単位重量または単位体積あたりの水素発生量を高くすることができる。
そして、本実施形態では、金属アミド、金属水素化物および触媒機能物質はそれぞれ粉状に形成されて、十分に混合された状態で反応容器内に封入されているという構成なので、水素発生材料の調整が容易であり、かつ、水素発生反応が良好に進行する。また、１００℃よりも低温では水素発生反応が進行しないので水素発生材料を常温でも管理でき、水素発生材料を反応容器内に封入した状態で容易に運搬できる。したがって、本実施形態の水素発生材料およびこれを備えた水素発生装置は、例えば移動体に搭載する場合などに好適に利用できる。
【００２６】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、金属アミドとしてＬｉＡｌ（ＮＨ２）４を使用し、金属水素化物としてＬｉＡｌＨ４を使用し、さらに、触媒機能物質を添加する構成を例示したが、これに限定されない。すなわち、金属アミドと金属水素化物との反応により水素を発生させるものであれば金属アミドおよび金属水素化物に含まれる金属の種類はいずれでも構わない。このような場合でも、水素発生材料は固体物質で得られ、かつ、低温でも水素を発生可能となる。また、水素発生材料に触媒機能物質を添加しない構成としてもよく、この場合、水素発生材料は固体物質で得られ、水素発生反応速度が向上されないものの低温でも水素発生反応が進行する。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
（１）金属アミドの合成
(1-1)ＬｉＮＨ２の合成
総容量２０ｍｌのステンレス容器に金属Ｌｉ４０ｍｇを入れ、容器を−３４℃以下に冷却しながら、アンモニアガスを導入して液化させ、金属を溶解させた。その後、このステンレス容器を８０℃に加熱して７２時間保持した。所定時間経過後降温して、この容器からアンモニアをガスとして除去した。結果、約８０ｍｇのＬｉＮＨ２を得られ、収率は６０．５％であった（Ｌｉ換算）。
【００２８】
(1-2)ＬｉＡｌ（ＮＨ２）４の合成
総容量２０ｍｌのステンレス容器に金属Ｌｉ４０ｍｇと金属Ａｌ１５６ｍｇを入れ、容器を−３４℃以下に冷却しながら、アンモニアガスを導入して液化させ、金属を溶解させた。その後、このステンレス容器を８０℃に加熱して７２時間保持した。所定時間経過後降温して、この容器からアンモニアをガスとして除去した。結果、約４５０ｍｇのＬｉＡｌ（ＮＨ２）４を得られ、収率は７９．７％であった（Ｌｉ換算）。
【００２９】
上記(1-1)および(1-2)において、ＬｉＮＨ２およびＬｉＡｌ（ＮＨ２）４の収率は共に６０％を超える高い値となった。これより、金属アミドは金属とアンモニアの反応によって合成することが好適であることが分かる。また、上記(1-1)および(1-2)の結果を比較すると、ＬｉＡｌ（ＮＨ２）４の方がより高い収率で得られており、金属アミドは、２種以上の金属を含む金属アミド、特に、ＬｉおよびＡｌを含む金属アミドであることが好ましいことが分かる。
【００３０】
（２）実施例１
上記(1-2)にて合成したＬｉＡｌ（ＮＨ２）４６８１ｍｇとAldrich社製のＬｉＡｌＨ４２７５．７ｍｇとを乳鉢でよく混合して（実施例１）、その一部を用いてＡｒ気流中でＤＳＣ（Differential Scanning Calorimetry）の測定を行った。図１にＤＳＣの測定結果を示し、図２に反応の前後におけるＸＲＤ（X-ray Diffractometer）測定結果を示す。なお、図２において、図中下方のパターンは加熱前の試料に対応し、図中中央のパターンは１７０℃まで加熱した後の試料に対応し、図中上方のパターンは４２０℃まで加熱した後の試料に対応する。
【００３１】
図１より、１６０℃前後において大きな発熱のピークが観測された。これより、ＬｉＡｌ（ＮＨ２）４とＬｉＡｌＨ４とは１６０℃程度で完全に反応し、また、図１の曲線の幅が狭小なことから反応速度が非常に高いものであることが分かった。そして、１３０℃付近に吸熱のピークが観察されることから、１００℃程度以下では反応が進行しない可能性があるものと思われる。
図２において、反応前（図中下方）の試料では、ＬｉＡｌ（ＮＨ２）４およびＬｉＮＨ２を示すピークが主に観察される。そして、１７０℃まで加熱した後（図中中央）の試料ではＬｉＡｌ（ＮＨ２）４を示すピークが大きく減少した。さらに、４２０℃まで加熱した後（図中上方）の試料ではＬｉＡｌ（ＮＨ２）４を示すピークはほとんど観察されず、ＬｉＮＨ２、Ｌｉ３ＡｌＮ２およびＬｉ２Ｏを示すピークが観察された。これより、実施例１の加熱により上記式（３）の水素発生反応が進行し、１７０℃においては上記式（３）の反応はほぼ完全に終了したことが分かる。
したがって、金属アミドとしてＬｉＡｌ（ＮＨ２）４を用い、かつ、金属水素化物としてＬｉＡｌＨ４を用いることで、１６０℃程度において高い反応速度で水素を発生できることが分かった。
【００３２】
（３）実施例２
合成したＬｉＡｌ（ＮＨ２）４４５．６ｍｇとAldrich社製のＬｉＨ１１．３ｍｇとを乳鉢でよく混合し（実施例２）、その一部を用いてＡｒ気流中でＤＳＣの測定を行った。この材料は３１０℃程度で完全に反応した。反応前後でのＸＲＤ測定などから、以下の式（４）で示される反応が進行し、水素を発生したと考えられる。
【００３３】
〔化学式〕
６ＬｉＨ＋３ＬｉＡｌ(ＮＨ２)４→３Ｌｉ２ＮＨ＋Ｌｉ３ＡｌＮ２＋２ＡｌＮ＋５ＮＨ３＋６Ｈ２…（４）
【００３４】
実施例２の実験結果より、金属アミドとしてＬｉＡｌ（ＮＨ２）４を用い、かつ、金属水素化物としてＬｉＨを用いることで、３１０℃程度において水素を発生できることが分かった。また、実施例１と実施例２とを比較すると、実施例１の方がより低温で水素を発生可能であることから、金属水素化物は、２種以上の金属を含む金属水素化物、特にＬｉおよびＡｌを含む金属水素化物を用いることが好ましいことが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１についてのＤＳＣ測定結果である。
【図２】前記実施例１についてのＸＲＤ測定結果である。
【図１】
2007145680.tif 000003
【図２】
2007145680.tif 000004