(57)【要約】【課題】多量の水素ガスを発生させることができる水素ガス発生方法及び水素ガス生成材を提供する。【解決手段】本発明の水素ガス発生方法は、水素ガス生成材を、Ｓｎ及びＢｉの少なくとも一方を０．５〜２０重量％の範囲で含有し、残部がアルミニウム及び不回避的な不純物とである薄片状のアルミニウム合金Ａとし、このアルミニウム合金を水または食塩水と反応させてなる。このアルミニウム合金は、原料合金の溶湯を回転する水冷ロール７に接触させて冷却する工程を含むストリップキャスティング法により作製され、この水冷ロールの周速度を１ｍ／ｓｅｃ〜２０ｍ／ｓｅｃの範囲に設定した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガス生成材を、Ｓｎ及びＢｉの少なくとも一方を０．５〜２０重量％の範囲で含有し、残部がアルミニウム及び不回避的な不純物とである薄片状のアルミニウム合金とし、このアルミニウム合金を水または食塩水と反応させてなる水素ガス発生方法において、
前記アルミニウム合金は、原料合金の溶湯を回転する水冷ロールに接触させて冷却する工程を含むストリップキャスティング法により作製され、前記水冷ロールの周速度を１ｍ／ｓｅｃ〜２０ｍ／ｓｅｃの範囲に設定したことを特徴とする水素ガス発生方法。
【請求項２】
Ｓｎ及びＢｉの少なくとも一方を０．５〜２０重量％の範囲で含有し、残部がアルミニウム及び不回避的な不純物とである薄片状のアルミニウム合金からなる水素ガス生成材において、
前記アルミニウム合金は、１ｍ／ｓｅｃ〜２０ｍ／ｓｅｃの範囲に設定された周速度で回転する水冷ロールに原料合金の溶湯を接触させて冷却する工程を含むストリップキャスティング法により作製されたものであることを特徴とする水素ガス生成材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス発生方法及びこの水素ガス発生方法に用いられる水素ガス生成材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＰＣや携帯電話などの機器の普及に伴い、その電源として水素ガスを用いた燃料電池が注目されている。水素ガスを発生させる方法として、アルミニウム粉末と、これよりイオン化傾向の小さい金属粉末とを混合した粉末を用い、この粉末に水を供給し、水とアルミニウムとを反応させることが例えば特許文献１で知られている。
【０００３】
また、常温で安定的に水素を生成させることができる水素ガス生成材として、アルミニウム粉末と酸化カルシウム粉末とを含み、当該アルミニウム粉末の配合比を８５重量％以下としたものが特許文献２で知られている。この場合、アルミニウム粉末としては、粒度分布が５０〜１５０μｍの範囲のものが使用される。
【０００４】
然し、上記特許文献１及び特許文献２記載のように、水素ガス生成材が粉末状であると、常温空気中でのその取扱いが面倒であるという問題がある。また、燃料電池の発電効率は、燃料たる水素に対する効率であることから、その効率を高めるには、水素ガス生成材から発生する水素ガスの量を多くできるようにすることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０４８０１号公報
【特許文献２】特開２００４−２３１４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、多量の水素ガスを発生させることができる水素ガス発生方法及び水素ガス生成材を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の水素ガス発生方法は、水素ガス生成材を、Ｓｎ及びＢｉの少なくとも一方を０．５〜２０重量％の範囲で含有し、残部がアルミニウム及び不回避的な不純物とである薄片状のアルミニウム合金とし、このアルミニウム合金を水または食塩水と反応させてなるものにおいて、前記アルミニウム合金は、原料合金の溶湯を回転する水冷ロールに接触させて冷却する工程を含むストリップキャスティング法により作製され、前記水冷ロールの周速度を１ｍ／ｓｅｃ〜２０ｍ／ｓｅｃの範囲に設定したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の水素ガス生成材は、Ｓｎ及びＢｉの少なくとも一方を０．５〜２０重量％の範囲で含有し、残部がアルミニウム及び不回避的な不純物とである薄片状のアルミニウム合金からなるものにおいて、前記アルミニウム合金は、１ｍ／ｓｅｃ〜２０ｍ／ｓｅｃの範囲に設定された周速度で回転する水冷ロールに原料合金の溶湯を接触させて冷却する工程を含むストリップキャスティング法により作製されたものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、所定の重量比でＳｎ及びＢｉの少なくとも一方を含有し、周速度を１ｍ／ｓｅｃ〜２０ｍ／ｓｅｃの範囲に設定した水冷ロールに原料合金の溶湯を接触させて冷却する工程を含むストリップキャスティング法により作製された薄片状のアルミニウム合金は活性であるため、このアルミニウム合金を水または食塩水と反応させるだけで、４０ｍｌ／ｍｉｎ以上の多量の水素ガスを発生させることが可能になる。なお、Ｓｎ及びＢｉの少なくとも一方が０．５〜２０重量％の範囲に含まれないと、アルミニウム合金に対する水素ガスの発生率が十分高くならない。また、水冷ロールの周速度が１ｍ／ｓｅｃより遅いか、または２０ｍ／ｓｅｃを超える場合には、アルミニウム合金に対する水素ガスの発生率が十分高くならない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の方法で用いられるＳＣ装置の模式点断面図。
【図２】実施例１において、Ｂｉを添加してアルミニウム合金を作製し、市水との反応における水素発生量を示す表。
【図３】実施例１において、Ｓｎを添加してアルミニウム合金を作製し、市水との反応における水素発生量を示す表。
【図４】実施例１において、Ｂｉを添加してアルミニウム合金を作製し、食塩水との反応における水素発生量を示す表。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の水素ガス生成材を製作することに用いられるストリップキャスティング（以下、「ＳＣ」という）装置である。ＳＣ装置は、公知の構造を有するものであり、真空雰囲気の形成が可能な溶解室１を有する。この場合、ＡｒやＮ２などの不活性ガスを導入するガス導入手段２を接続し、所定圧力まで真空排気した後、不活性ガス雰囲気で溶解を行うようにしてもよい。溶解室１の内部には高周波溶解炉を用いたるつぼ３が設けられている。
【００１２】
また、溶解室１には、処理室４が連結されている。処理室４には、るつぼ３で溶解した溶湯が、溶解室２及び処理室４間に亘って設けた樋５及びタンディッシュ６を介して導かれる回転自在な２個の水冷ロール７と、水冷ロール７の下側に近接配置された公知の構造の粉砕機８とが設けられている。また、処理室４の下側には、回収ボックス９が配置され、粉砕機８で粉砕されて落下する薄片を回収できるようになっている。そして、所定時間だけ冷却した後、当該回収ボックス９が処理室４から取り出すことができる。
【００１３】
次に、図１に示すＳＣ装置を用いて本実施の形態の薄片状のアルミニウム合金の作製について説明する。るつぼ３に原料合金を充填する。原料合金は、Ｓｎ及びＢｉの少なくとも一方を０．５〜２０重量％の範囲で含有し、残部がアルミニウム及び不回避的な不純物とからなるものであり、所定の組成比でるつぼ３に充填される。Ｓｎ及びＢｉの少なくとも一方が０．５〜２０重量％の範囲に含まれないと、アルミニウム合金に対する水素ガスの発生率が十分高くならない。
【００１４】
次いで、るつぼ３に充填した原料合金を真空雰囲気または不活性ガス雰囲気にて高周波溶解し、樋５及びタンディッシュ６を介して、所定の周速度で回転する公知の構造の二つの水冷ロール７の間に溶湯を流し込み、水冷ロール７による冷却で凝固させて、厚さ３０μｍ〜３ｍｍ程度の板材片Ａ１を得る。水冷ロール７による冷却の際に、水冷ロール７の周速度を制御することによって、０．５ｍ／ｓｅｃ〜２０ｍ／ｓｅｃの範囲の速度で冷却する。この冷却する速度が０．５ｍ／ｓｅｃより遅い速度であるか、または２０ｍ／ｓｅｃを超えた速度である場合には、アルミニウム合金に対する水素ガスの発生率が十分高くならない。
【００１５】
最後に、当該板状片Ａ１を粉砕機８に導き、細かく破砕して厚さ３０μｍ〜３ｍｍ程度の薄片状とする。この場合、得ようするアルミニウム合金の厚さや形状によっては、粉砕機８による粉砕を省略することができる。その後、薄片状のアルミニウム合金Ａを回収ボックス９にて回収する。そして、所定時間冷却した処理室４から取り出す。
【００１６】
このように本実施の形態においては、水素ガス生成材たるアルミニウム合金Ａが、所定の重量比でＳｎ及びＢｉの少なくとも一方を含有する薄片状のものであるため、常温空気中で安定となり、その取扱いが容易となる。その際、ＳＣ法を用いることで、アルミニウム合金中でのＳｎ及びＢｉの少なくとも一方の分散性が向上し、ＳｎやＢｉが原子状で分散して存在するようになる。その結果、常温空気中での安定性が一層向上する。
【００１７】
そして、このように作製した薄片状のアルミニウム合金Ａは活性であるため、水または０．５〜５％の範囲の濃度の食塩水と反応させるだけで、４０ｍｌ／ｍｉｎ以上で連続して水素ガスを発生させることが可能になる。その結果、燃料電池に適用する場合に特に有用となる。
【００１８】
なお、本実施の形態においては、ＳＣ法を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、アルミニウム合金を得るのに、公知の遠心鋳造法により作製することもできる。
【００１９】
（実施例１）
実施例１では、図１に示すＳＣ装置を用いて、所定の組成（純度が９９．９％のアルミニウムにＳｎまたはＢｉのいずれか一方を所定の重量比で添加したもの）をそれぞれ有する薄片状のアルミニウム合金たる試験片を作製することとした。水冷ロール７としては、直径６００ｍｍ、ロール幅２００ｍｍのものを用い、水冷ロール７の周速度が所定値とそれぞれなるように水冷ロールの回転数を調節した（冷却速度を変化させた）。また、水冷ロール７への溶湯の供給量は、水冷ロール７の周速度で連続した０．０５ｍｍ〜１ｍｍのストリップが生成できるように、適宜調節することとした。
【００２０】
次いで、ＳｎまたはＢｉの重量割合及び冷却速度を変化させて作製した各試料１ｇを容器に入れ、１２ｇの水または食塩水を注ぎ、１時間の間に発生した水素を水上置換法で捕集し、水素発生量（ｍｌ／ｍｉｎ）を求めた。
【００２１】
（比較例１）
比較例１では、ＢＭ（ブックモールド)キャスティング法により鋳造した所定の組成をそれぞれ有するアルミニウム合金たるインゴットを０．２〜０．８ｍｍの薄板状に圧延し、水素発生量を調査した。尚、実施例１及び比較例１において水との反応には市水（神奈川県茅ヶ崎市）を用い、その水に１％の食塩を添加した食塩水として使用した。
【００２２】
図２乃至図４に、上記実施例１及び比較例１により作製したアルミニウム合金の水素発生量を示す。これによれば、比較例１では、市水との反応においてＳｎまたはＢｉの重量比（添加量）を適宜調節すれば、約３０ｍｌ／ｍｉｎ程度の水素発生量が得られていることが判る（図２及び図３参照）。また、Ｂｉを添加したアルミニウム合金と食塩水との反応においては若干水素発生量が増えていることが判る（図４参照）。
【００２３】
それに対し、実施例１では、ＳｎまたはＢｉの重量比（添加量）を０．５〜２０重量％の範囲にすると共に、水冷ロール７の周速度を１〜２０ｍ／ｓｅｃの範囲に設定すれば、市水との反応においては、４０ｍｌ／ｍｉｎ以上、条件によっては７０ｍｌ／ｍｉｎの水素発生量が得られ、また、食塩水との反応においてはさらに水素発生量が増えていることが判る（図２乃至図４参照）。
【符号の説明】
【００２４】
１…溶解室、３…るつぼ、４…処理室、７…水冷ロール、８…粉砕機、９…回収ボックス、Ａ…薄片状のアルミニウム合金。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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