(57)【要約】 【課題】比較的低温で、高効率に水素を発生しうる水素発生用合金と、それを用いた水素発生方法、およびその方法により発生した水素を燃料とする燃料電池を提供する。【解決手段】ＧａにＧｅ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｂからなる群から選ばれる少なくとも１種以上を０．０５〜１ｗｔ％含有するＧａ合金にＡｌを０．１ｗｔ％以上添加してなる水素発生用合金。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａにＧｅ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｂからなる群から選ばれる少なくとも１種以上を０．０５〜１ｗｔ％含有するＧａ合金にＡｌを０．１ｗｔ％以上添加してなることを特徴とする水素発生用合金。
【請求項２】
請求項１に記載の水素発生用合金に水を接触させることによっ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３】
請求項２に記載の水素発生方法により発生した水素を燃料として用いることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水から水素を製造するのに用いられる水素発生用合金とこれを用いた水素発生方法、およびこの方法により発生した水素を燃料として用いる燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素を得る方法としては、（１）水の電気分解法、（２）天然ガスや石油等の炭化水素を酸素、空気または水蒸気などと高温で反応させる部分酸化法や改質法、（３）水と炭素による熱分解反応を用いる方法、（４）亜鉛などの金属を酸に溶解する方法、などが知られている。しかしながら、（１）の方法では電力を多量に消費するため製造コストが高くなる、（２）および（３）の方法では水素とともにＣＯ等が副生するため高純度の水素が得られない、（４）の方法では酸を必要とするため取り扱いに難点がある、等の問題がある。
【０００３】
また、近年、水から水素を得る方法が多数提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、インジウム・ガリウム合金に０．１重量％以上のアルミニウム等を拡散してなる組成物、又は該合金をアルミニウム等の表面に付着させて得た水素ガス生成用材料を水と接触せしめ、水素ガスを生成させる方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、燃料電池に供給する水素ガスを発生させるための水素発生セルであって、外形が平板状の直方体に形成され、その内部に純鉄の粉末を収容する容器と、この容器の一側面に設けられた開口部を閉鎖するための蓋と、蓋に設けられ、純鉄と反応させるための水または水蒸気を導入するための導入部と、純鉄と水または水蒸気を反応させることで発生した水素ガスを導出するための導出部とを備えた水素発生セルが開示されている。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１、２に開示された技術には以下のような問題点が存在する。
【０００７】
すなわち、特許文献１に記載の方法では添加した原料金属の量に対する水素の発生効率が低いという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載の装置では、純鉄と水を反応させるために水を１００〜４００℃といった高温に加熱する必要があり、加熱装置を必須とする。
【特許文献１】特開２００３−１２３０１号公報
【特許文献２】特開２００５−３１７４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明の目的は、比較的低温で、高効率に水素を発生しうる水素発生用合金と、それを用いた水素発生方法、およびその方法により発生した水素を燃料とする燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、ＧａにＧｅ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｂからなる群から選ばれる少なくとも１種以上を０．０５〜１ｗｔ％含有するＧａ合金にＡｌを０．１ｗｔ％以上添加してなることを特徴とする水素発生用合金である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の水素発生用合金に水を接触させることによって水素を発生させることを特徴とする水素発生方法である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の水素発生方法により発生した水素を燃料として用いることを特徴とする燃料電池である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ｇｅ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｂからなる群から選ばれる１種以上を０．０５〜１ｗｔ％含有するＧａ合金にＡｌを所定量以上添加してなる水素発生用合金を用いたことで、以下の効果が奏される。
低温の水との接触にても水素生成反応が進行するので、取り扱いが容易で、しかも高効率で水素が製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態についてさらに詳細に説明する。
【００１５】
本発明に係る水素発生用合金は、ＧａにＧｅ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｂからなる群から選ばれる少なくとも１種以上を０．０５〜１ｗｔ％含有するＧａ合金にＡｌを０．１ｗｔ％以上添加してなることを特徴とする。
【００１６】
ここで、アルミニウムは酸やアルカリによって溶解し、水素を発生する。しかしながら、アルミニウムは中性近傍の水に対してはほとんど反応しない。これは、中性近傍の水に含まれる水素イオン濃度が低いためと、アルミニウムの表面に酸化皮膜が形成されて内部を保護するためである。
【００１７】
従って、この酸化皮膜の形成を防止することができれば、中性近傍の水に対する反応が促進でき、水素を発生させることができると考えられる。
【００１８】
以上のことに鑑み、本発明者は、鋭意検討の結果、ＧａにＧｅ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｂからなる群から選ばれる少なくとも１種以上を０．０５〜１ｗｔ％含み、さらに、Ａｌを０．１ｗｔ％以上含んだ水素発生用合金によれば、比較的低温で水に対する反応性に優れる水素発生用合金を作製できることを見出した。
【００１９】
上記水素発生用合金を用いた水素発生の機構は、次のように推定される。
【００２０】
水素発生反応に伴い上記水素発生用合金中のアルミニウムが選択的に消費され、上記水素発生用合金の体積変化等が生ずる。この体積変化等によって上記水素発生用合金の表面の酸化皮膜が破壊されることと、酸化皮膜自体の膜応力によって酸化皮膜に亀裂が生じることとにより、上記水素発生用合金と水との接触が増加し、水素発生反応が促進されたものと思われる。
【００２１】
水素発生反応は、以下の反応式の通りである。
【００２２】
６Ｈ２Ｏ＋２Ａｌ→２Ａｌ（ＯＨ）３＋３Ｈ２  ・・・式（１）
【００２３】
アルミニウムは純アルミニウムだけでなく、各種アルミニウム合金を用いることができ、その添加量は０．１ｗｔ％以上であればよい。何故ならば、０．１ｗｔ％未満では水素発生速度が小さいためである。また、２０ｗｔ％を超えて添加しても水素発生速度はあまり上昇しないため、その添加量は０．１〜２０ｗｔ％が好ましい。より好ましくは、０．１〜１０ｗｔ％である。
【００２４】
また、Ｇｅ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｂからなる群から選ばれる少なくとも１種以上をＧａに０．０５〜１ｗｔ％含有していればよい。何故ならば、０．０５ｗｔ％未満では、水素発生速度が小さく、１ｗｔ％を超えても水素発生速度は上昇しないためである。好ましくは、０．１〜１ｗｔ％である。
【００２５】
また、上記水素発生用合金と接触させる水としては、完全に中性であるｐＨ７の純水を用いることも可能であるが、水道水や地下水をそのまま用いることもできる。また、水は液体状に限らず、気体状であっても構わない。
【００２６】
水素発生用合金と水との接触方法としては、どのような方式でもよい。例えば、容器内に水素発生用合金を収容しておき、この容器に水を循環させ、水との反応で発生した水素を取り出して回収するとともに、水との反応で生成した金属水酸化物を主体とする副生物を除去する方式を採用することにより、連続的に高効率で水素を発生させることができる。
【００２７】
本発明に係る燃料電池は、上記水素発生方法により発生した水素を燃料として用いることを特徴とする。
【００２８】
上記のようにして発生させた水素は、極めて純度が高くＣＯ等の不純物ガスを含まないため、燃料電池の燃料として用いることで、電極の劣化等を防止しつつ高効率で発電を行うことができる。
【実施例】
【００２９】
本発明の作用効果を確証するため、以下のラボ試験を実施した。
【００３０】
下記表１に示す成分組成のガリウム−Ｘ（Ｇａ−Ｘ）合金１０ｇに対し、所定量のアルミニウム（Ａｌ）を添加して作製した水素発生用合金を容器に収容し、４０℃の純水２０ｇを加え、発生する気体を水上置換で捕集し、試験開始から１５ｍｉｎの間に発生した気体の体積を測定した。なお、発生した気体は、水素検知管にて吸引して検知した結果、いずれの試験条件においても、水素であることを確認した（試験Ｎｏ．１〜６）。試験Ｎｏ．１〜５におけるＧａ−Ｘ合金を構成するＸは、それぞれゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）またはインジウム（Ｉｎ）である。ただし、試験Ｎｏ．６は、Ｘに相当する元素を含んでいない。
【００３１】
【表１】
2009173974.tif 000002
【００３２】
上記表１に示すように、試験Ｎｏ．１〜４（発明例）では、本発明に係る水素発生用合金の要件をすべて満足し、１５ｍｉｎ間の水素発生量が３７３〜４３３ｍＬであった。これに対して、試験Ｎｏ．５、６（比較例）では、本発明に係る水素発生用合金の要件の少なくとも一部を満足せず、１５ｍｉｎ間の水素発生量が１５９ｍＬ、２３９ｍＬであった。
【００３３】
上記水素発生量を発生効率の点から考察したところ、試験Ｎｏ．５、６（比較例）がそれぞれ３２％、４８％であるのに対して、試験Ｎｏ．１〜４（発明例）は７５〜８７％と極めて高効率であることが判明した（表１参照）。これは、上記水素発生用合金中にＧｅ、Ｓｂ、ＦｅまたはＣｕを含有することで、上記水素発生用合金の表面の酸化皮膜に亀裂が入る等が生じ、その結果として水と上記水素発生用合金との接触が促進されたためと考えられる。
【００３４】
試験Ｎｏ．３の試験で水上置換に用いた管から取り出された水素を公知の燃料電池に供給し、発電したところ、市販の高純度水素（純度：５Ｎ）を用いた場合とほぼ同等の０．５Ｖ、０．１Ａ／ｃｍ２の発電能力が得られた。
【００３５】
本実施例の発明では、Ｇａ−Ｘ合金を構成するＸとして、Ｇｅ、Ｓｂ、ＦｅまたはＣｕのいずれかを０．１ｗｔ％含有する試験のみを実施し、２種以上を一緒に含有する試験は割愛したが、２種以上を一緒に含有するものでも本願発明としての作用効果が得られる。すなわち、Ｇａ−Ｘ合金を構成するＸとして、Ｇｅ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｂからなる群から選ばれる少なくとも１種以上を０．０５〜１ｗｔ％含有しさえすれば、本願発明としての作用効果が得られる。また、添加金属元素としてのＡｌも、上記表１に示す各Ｇａ−Ｘ合金に対して４ｗｔ％加える試験のみを実施したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、Ｇａ−Ｘ合金（ただし、ＸはＧｅ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｂからなる群から選ばれる少なくとも１種以上を０．０５〜１ｗｔ％含有する）に対して、０．１ｗｔ％以上である条件を満足しさえすれば、本願発明としての作用効果が得られる。
【００３６】
本実施例では、水素発生用合金と接触させる水として、純水を用いた試験のみを実施したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、水道水や地下水を用いることもできる。また、水は液体状に限らず、気体状であっても構わない。
【００３７】
以上の結果より、本発明に係る水素発生用合金を用いることで、燃料電池や水素エンジンの燃料として使用しうる高純度の水素が高効率で得られることが確認できた。