JP2001316104A - 水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池 - Google Patents
水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池Info
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- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 水素を効率的に吸蔵させることができ、軽量
で、繰り返し使用することができ、安全で、資源的、環
境的な問題を生じさせる虞のない水素吸蔵用炭素質材料
およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製
造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素
吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池を提供する。 【解決手段】 異方性の高い炭素質材料の結晶軸を配向
させた水素吸蔵用炭素質材料、こうして得られた水素吸
蔵用炭素質材料に水素を吸蔵させた水素吸蔵炭素質材
料、こうして得られた水素吸蔵炭素質材料を用いた電池
および燃料電池。
で、繰り返し使用することができ、安全で、資源的、環
境的な問題を生じさせる虞のない水素吸蔵用炭素質材料
およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製
造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素
吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池を提供する。 【解決手段】 異方性の高い炭素質材料の結晶軸を配向
させた水素吸蔵用炭素質材料、こうして得られた水素吸
蔵用炭素質材料に水素を吸蔵させた水素吸蔵炭素質材
料、こうして得られた水素吸蔵炭素質材料を用いた電池
および燃料電池。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素吸蔵用炭素質
材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびそ
の製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに
水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池に関するものであ
り、さらに詳細には、大量の水素を、効率的に吸蔵させ
ることができ、軽量で、繰り返し使用することができ、
安全で、資源的、環境的な問題を生じさせる虞のない水
素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素
質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用い
た電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池に
関するものである。
材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびそ
の製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに
水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池に関するものであ
り、さらに詳細には、大量の水素を、効率的に吸蔵させ
ることができ、軽量で、繰り返し使用することができ、
安全で、資源的、環境的な問題を生じさせる虞のない水
素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素
質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用い
た電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】産業革命以後、自動車などのエネルギー
源としてはもちろん、電力製造などのエネルギー源とし
て、ガソリン、軽油などの化石燃料が広く用いられてき
た。この化石燃料の利用によって、人類は飛躍的な生活
水準の向上や産業の発展などの利益を享受することがで
きたが、その反面、地球は深刻な環境破壊の脅威にさら
され、さらに、化石燃料の枯渇の虞が生じてその長期的
な安定供給に疑問が投げかけられる事態となりつつあ
る。
源としてはもちろん、電力製造などのエネルギー源とし
て、ガソリン、軽油などの化石燃料が広く用いられてき
た。この化石燃料の利用によって、人類は飛躍的な生活
水準の向上や産業の発展などの利益を享受することがで
きたが、その反面、地球は深刻な環境破壊の脅威にさら
され、さらに、化石燃料の枯渇の虞が生じてその長期的
な安定供給に疑問が投げかけられる事態となりつつあ
る。
【0003】そこで、水素は、水に含まれ、地球上に無
尽蔵に存在している上、物質量あたりに含まれる化学エ
ネルギー量が大きく、また、エネルギー源として使用す
るときに、有害物質や地球温暖化ガスなどを放出しない
などの理由から、化石燃料に代わるクリーンで、かつ、
無尽蔵なエネルギー源として、近年、大きな注目を集め
るようになっている。
尽蔵に存在している上、物質量あたりに含まれる化学エ
ネルギー量が大きく、また、エネルギー源として使用す
るときに、有害物質や地球温暖化ガスなどを放出しない
などの理由から、化石燃料に代わるクリーンで、かつ、
無尽蔵なエネルギー源として、近年、大きな注目を集め
るようになっている。
【0004】ことに、近年は、水素エネルギーから電気
エネルギーを取り出すことができる燃料電池の研究開発
が盛んにおこなわれており、大規模発電から、オンサイ
トな自家発電、さらには、自動車用電源としての応用が
期待されている。
エネルギーを取り出すことができる燃料電池の研究開発
が盛んにおこなわれており、大規模発電から、オンサイ
トな自家発電、さらには、自動車用電源としての応用が
期待されている。
【0005】しかしながら、水素は、常温常圧におい
て、気体状態にあるため、液体や固体と比べて、取り扱
いが難しく、ことに、液体や固体と比べて、気体の密度
は非常に小さいため、体積あたりの化学エネルギーが小
さく、また、貯蔵や運搬が困難であるという問題があ
る。さらに、気体であるため、水素は漏洩しやすく、漏
洩すると、爆発の危険があるという問題もあり、水素エ
ネルギーの活用上、大きな障害となっていた。
て、気体状態にあるため、液体や固体と比べて、取り扱
いが難しく、ことに、液体や固体と比べて、気体の密度
は非常に小さいため、体積あたりの化学エネルギーが小
さく、また、貯蔵や運搬が困難であるという問題があ
る。さらに、気体であるため、水素は漏洩しやすく、漏
洩すると、爆発の危険があるという問題もあり、水素エ
ネルギーの活用上、大きな障害となっていた。
【0006】したがって、水素エネルギーを用いたエネ
ルギーシステムの実用化に向けて、気体状態にある水素
を、効率的かつ安全に、小体積内に貯蔵する技術の開発
が進められており、高圧ガスとして貯蔵する方法、液化
水素として貯蔵する方法、水素吸蔵材料を用いる方法な
どが提案されている。
ルギーシステムの実用化に向けて、気体状態にある水素
を、効率的かつ安全に、小体積内に貯蔵する技術の開発
が進められており、高圧ガスとして貯蔵する方法、液化
水素として貯蔵する方法、水素吸蔵材料を用いる方法な
どが提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高圧ガ
スとして貯蔵する方法にあっては、貯蔵容器として、ボ
ンベのような非常に強固な金属製の耐圧容器を用いる必
要があるため、容器自体がきわめて重くなり、また、高
圧ガスの密度も、通常12mg/cc程度であって、水
素の貯蔵密度が非常に小さく、貯蔵効率が低いという問
題があるだけでなく、高圧であるため、安全面にも問題
を有していた。
スとして貯蔵する方法にあっては、貯蔵容器として、ボ
ンベのような非常に強固な金属製の耐圧容器を用いる必
要があるため、容器自体がきわめて重くなり、また、高
圧ガスの密度も、通常12mg/cc程度であって、水
素の貯蔵密度が非常に小さく、貯蔵効率が低いという問
題があるだけでなく、高圧であるため、安全面にも問題
を有していた。
【0008】これに対して、液化水素として貯蔵する方
法においては、水素の貯蔵密度は、通常70mg/cc
程度であって、水素の貯蔵密度はかなり大きいが、水素
を液化するため、水素を−250℃以下に冷却すること
が必要になり、冷却装置などの付加的な装置が要求さ
れ、システムが複雑になるだけでなく、冷却のためのエ
ネルギーが必要になるという問題があった。
法においては、水素の貯蔵密度は、通常70mg/cc
程度であって、水素の貯蔵密度はかなり大きいが、水素
を液化するため、水素を−250℃以下に冷却すること
が必要になり、冷却装置などの付加的な装置が要求さ
れ、システムが複雑になるだけでなく、冷却のためのエ
ネルギーが必要になるという問題があった。
【0009】一方、水素吸蔵材料の中では、水素吸蔵合
金が最も有効な材料とされ、たとえば、ランタンニッケ
ル系、パナジウム系、マグネシウム系の水素吸蔵合金が
知られているが、これらの水素吸蔵合金の実用的な水素
貯蔵密度は、通常100mg/cc前後であり、他の物
質中に、水素を貯蔵するにもかかわらず、液体水素の密
度以上で、従来の水素貯蔵方法の中では、最も効率的で
ある。しかも、水素吸蔵合金を用いる場合には、室温レ
ベルの温度で、水素吸蔵合金へ水素を吸蔵させ、水素吸
蔵合金から水素を放出させることができ、さらには、水
素分圧との平衡で、水素の吸蔵状態が制御されるため、
高圧ガスや液体水素に比して、取り扱いが容易であると
いう利点もある。
金が最も有効な材料とされ、たとえば、ランタンニッケ
ル系、パナジウム系、マグネシウム系の水素吸蔵合金が
知られているが、これらの水素吸蔵合金の実用的な水素
貯蔵密度は、通常100mg/cc前後であり、他の物
質中に、水素を貯蔵するにもかかわらず、液体水素の密
度以上で、従来の水素貯蔵方法の中では、最も効率的で
ある。しかも、水素吸蔵合金を用いる場合には、室温レ
ベルの温度で、水素吸蔵合金へ水素を吸蔵させ、水素吸
蔵合金から水素を放出させることができ、さらには、水
素分圧との平衡で、水素の吸蔵状態が制御されるため、
高圧ガスや液体水素に比して、取り扱いが容易であると
いう利点もある。
【0010】しかしながら、水素吸蔵合金は、構成材料
が金属合金であるため重く、単位重量あたりの水素吸蔵
量は20mg/g程度にとどまり、十分とは言えず、ま
た、水素吸蔵合金は、水素ガスの吸蔵、放出の繰り返し
によって、徐々に、構造が破壊され、性能が劣化すると
いう問題があり、さらに、合金の組成によっては、資源
的な問題や、環境的な問題も生じる虞がある。
が金属合金であるため重く、単位重量あたりの水素吸蔵
量は20mg/g程度にとどまり、十分とは言えず、ま
た、水素吸蔵合金は、水素ガスの吸蔵、放出の繰り返し
によって、徐々に、構造が破壊され、性能が劣化すると
いう問題があり、さらに、合金の組成によっては、資源
的な問題や、環境的な問題も生じる虞がある。
【0011】そこで、従来の水素の貯蔵方法のかかる問
題を解決するため、近年、水素吸蔵材料として、炭素材
料に注目が集まっており、種々の角度からの研究がなさ
れている。
題を解決するため、近年、水素吸蔵材料として、炭素材
料に注目が集まっており、種々の角度からの研究がなさ
れている。
【0012】たとえば、特開平5−270801号公報
は、フラーレン類に、水素を付加反応させ、水素を吸蔵
させる方法を提案している。しかしながら、この方法に
あっては、炭素原子と水素原子の間に、共有結合的な化
学結合が形成されてしまうため、吸蔵というよりは、水
素付加と呼ぶべきもので、化学結合によって、付加する
ことのできる水素量の上限は、基本的に、炭素原子の不
飽和結合数に限定されるので、水素の吸蔵量には限界が
あった。
は、フラーレン類に、水素を付加反応させ、水素を吸蔵
させる方法を提案している。しかしながら、この方法に
あっては、炭素原子と水素原子の間に、共有結合的な化
学結合が形成されてしまうため、吸蔵というよりは、水
素付加と呼ぶべきもので、化学結合によって、付加する
ことのできる水素量の上限は、基本的に、炭素原子の不
飽和結合数に限定されるので、水素の吸蔵量には限界が
あった。
【0013】また、特開平10−72291号公報は、
フラーレン類を水素吸蔵材料として用い、フラーレン類
の表面を、真空蒸着やスパッタリングによって、白金な
どの触媒金属で覆い、水素を吸蔵させる技術を提案して
いる。しかしながら、白金を触媒金属として用いて、フ
ラーレン類の表面を覆うためには、多くの白金を使用す
る必要があり、コストが高くなるだけでなく、資源的に
も問題があった。
フラーレン類を水素吸蔵材料として用い、フラーレン類
の表面を、真空蒸着やスパッタリングによって、白金な
どの触媒金属で覆い、水素を吸蔵させる技術を提案して
いる。しかしながら、白金を触媒金属として用いて、フ
ラーレン類の表面を覆うためには、多くの白金を使用す
る必要があり、コストが高くなるだけでなく、資源的に
も問題があった。
【0014】また、炭素質材料の中でも、カーボンナノ
チューブやグラファイトなどの異方性の高い炭素質材料
が、水素吸蔵材料として、注目を集めているが、これら
の炭素質材料に、水素を吸蔵させる場合には、水素吸蔵
合金に水素を吸蔵させる場合に比して、吸蔵に多大な時
間を要し、効率的ではなく、実用上、大きな問題があっ
た。
チューブやグラファイトなどの異方性の高い炭素質材料
が、水素吸蔵材料として、注目を集めているが、これら
の炭素質材料に、水素を吸蔵させる場合には、水素吸蔵
合金に水素を吸蔵させる場合に比して、吸蔵に多大な時
間を要し、効率的ではなく、実用上、大きな問題があっ
た。
【0015】このように、従来、知られている水素の貯
蔵方法は、水素エネルギーを活用する上で、実用的なも
のとは言い難く、とくに、自動車、船舶、一般家庭用電
源、各種小型電気機器などのエネルギー源として、水素
エネルギーを用いる場合や、大量の水素を運搬する必要
がある場合には、従来の水素の貯蔵方法は、実用性を有
していなかった。
蔵方法は、水素エネルギーを活用する上で、実用的なも
のとは言い難く、とくに、自動車、船舶、一般家庭用電
源、各種小型電気機器などのエネルギー源として、水素
エネルギーを用いる場合や、大量の水素を運搬する必要
がある場合には、従来の水素の貯蔵方法は、実用性を有
していなかった。
【0016】したがって、本発明は、水素を効率的に吸
蔵させることができ、軽量で、繰り返し使用することが
でき、安全で、資源的、環境的な問題を生じさせる虞の
ない水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸
蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料
を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料
電池を提供することを目的とするものである。
蔵させることができ、軽量で、繰り返し使用することが
でき、安全で、資源的、環境的な問題を生じさせる虞の
ない水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸
蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料
を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料
電池を提供することを目的とするものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明者は、本発明のか
かる目的を達成するため、鋭意研究を重ねた結果、異方
性の高い炭素質材料の結晶軸を配向させることによっ
て、より短時間に、水素を、異方性の高い炭素質材料に
吸蔵させることが可能になることを見出し、異方性の高
い炭素質材料の結晶軸を配向させた水素吸蔵用炭素質材
料によって、本発明の前記目的を達成した。
かる目的を達成するため、鋭意研究を重ねた結果、異方
性の高い炭素質材料の結晶軸を配向させることによっ
て、より短時間に、水素を、異方性の高い炭素質材料に
吸蔵させることが可能になることを見出し、異方性の高
い炭素質材料の結晶軸を配向させた水素吸蔵用炭素質材
料によって、本発明の前記目的を達成した。
【0018】本発明によれば、単に、異方性の高い炭素
質材料の結晶軸を配向させることによって、水素吸蔵速
度が高く、水素吸蔵能力が向上した水素吸蔵用炭素質材
料を生成することができるから、水素を効率的に吸蔵さ
せることができ、軽量で、繰り返し使用することがで
き、安全で、資源的、環境的な問題を生じさせる虞のな
い水素吸蔵用炭素質材料を得ることが可能になる。
質材料の結晶軸を配向させることによって、水素吸蔵速
度が高く、水素吸蔵能力が向上した水素吸蔵用炭素質材
料を生成することができるから、水素を効率的に吸蔵さ
せることができ、軽量で、繰り返し使用することがで
き、安全で、資源的、環境的な問題を生じさせる虞のな
い水素吸蔵用炭素質材料を得ることが可能になる。
【0019】本発明の前記目的はまた、異方性の高い炭
素質材料の結晶軸を配向させることを特徴とする水素吸
蔵用炭素質材料の製造方法によって達成される。
素質材料の結晶軸を配向させることを特徴とする水素吸
蔵用炭素質材料の製造方法によって達成される。
【0020】本発明の前記目的はまた、異方性の高い炭
素質材料の結晶軸を配向させ、配向させた前記結晶軸の
方向に水素ガスを供給して、水素を吸蔵させた水素吸蔵
炭素質材料によって達成される。
素質材料の結晶軸を配向させ、配向させた前記結晶軸の
方向に水素ガスを供給して、水素を吸蔵させた水素吸蔵
炭素質材料によって達成される。
【0021】本発明によれば、単に、異方性の高い炭素
質材料の結晶軸を配向させ、配向させた結晶軸の方向に
水素ガスを供給して、水素を吸蔵させることによって、
効率的に、水素が吸蔵された水素吸蔵炭素質材料を生成
することができるから、水素を効率的に吸蔵させること
ができ、軽量で、繰り返し使用することが可能で、安全
で、資源的、環境的な問題を生じさせる虞のない水素吸
蔵炭素質材料を得ることが可能になる。
質材料の結晶軸を配向させ、配向させた結晶軸の方向に
水素ガスを供給して、水素を吸蔵させることによって、
効率的に、水素が吸蔵された水素吸蔵炭素質材料を生成
することができるから、水素を効率的に吸蔵させること
ができ、軽量で、繰り返し使用することが可能で、安全
で、資源的、環境的な問題を生じさせる虞のない水素吸
蔵炭素質材料を得ることが可能になる。
【0022】本発明の前記目的はまた、異方性の高い炭
素質材料の結晶軸を配向させ、配向させた前記結晶軸の
方向に水素ガスを供給して、水素を吸蔵させることを特
徴とする水素吸蔵炭素質材料の製造方法によって達成さ
れる。
素質材料の結晶軸を配向させ、配向させた前記結晶軸の
方向に水素ガスを供給して、水素を吸蔵させることを特
徴とする水素吸蔵炭素質材料の製造方法によって達成さ
れる。
【0023】本発明の前記目的はまた、負極と、正極
と、これらの間に介在する電解質とを有し、前記負極お
よび/または前記正極が、異方性の高い炭素質材料の結
晶軸を配向させ、配向させた前記結晶軸の方向に水素ガ
スを供給して、水素を吸蔵させた水素吸蔵炭素質材料を
含んだ電池によって達成される。
と、これらの間に介在する電解質とを有し、前記負極お
よび/または前記正極が、異方性の高い炭素質材料の結
晶軸を配向させ、配向させた前記結晶軸の方向に水素ガ
スを供給して、水素を吸蔵させた水素吸蔵炭素質材料を
含んだ電池によって達成される。
【0024】本発明によれば、電解質に水酸化カリウム
水溶液などのアルカリ水溶液を用いたアルカリ蓄電池の
場合は、充電時には、正極からアルカリ水溶液を介し
て、負極へプロトンが移動して、そこで吸蔵され、放電
時には、負極側からアルカリ水溶液を介して、正極側へ
プロトンを移動させることができ、また、電解質にパー
フルオロスルホン酸高分子電解質膜などを使用した水素
−空気電池においては、充電または吸蔵処理によって、
水素極にあらかじめ吸蔵されたプロトンが、放電時に、
高分子電解質膜を介して空気極に供給される。したがっ
て、本発明によれば、安定して電力を取り出すことので
きる電池を提供することが可能になる。
水溶液などのアルカリ水溶液を用いたアルカリ蓄電池の
場合は、充電時には、正極からアルカリ水溶液を介し
て、負極へプロトンが移動して、そこで吸蔵され、放電
時には、負極側からアルカリ水溶液を介して、正極側へ
プロトンを移動させることができ、また、電解質にパー
フルオロスルホン酸高分子電解質膜などを使用した水素
−空気電池においては、充電または吸蔵処理によって、
水素極にあらかじめ吸蔵されたプロトンが、放電時に、
高分子電解質膜を介して空気極に供給される。したがっ
て、本発明によれば、安定して電力を取り出すことので
きる電池を提供することが可能になる。
【0025】本発明の前記目的はまた、負極と、プロト
ン伝導体と、正極との積層構造を有し、さらに、異方性
の高い炭素質材料の結晶軸を配向させ、配向させた前記
結晶軸の方向に水素ガスを供給して、水素を吸蔵させた
水素吸蔵炭素質材料を含み、水素を放出して、前記負極
に供給するように構成された水素供給部を備えた燃料電
池によって達成される。
ン伝導体と、正極との積層構造を有し、さらに、異方性
の高い炭素質材料の結晶軸を配向させ、配向させた前記
結晶軸の方向に水素ガスを供給して、水素を吸蔵させた
水素吸蔵炭素質材料を含み、水素を放出して、前記負極
に供給するように構成された水素供給部を備えた燃料電
池によって達成される。
【0026】本発明によれば、負極と、プロトン伝導体
と、正極との積層構造を有し、さらに、異方性の高い炭
素質材料の結晶軸を配向させ、配向させた前記結晶軸の
方向に水素ガスを供給して、水素を吸蔵させた水素吸蔵
炭素質材料を含み、水素を放出して、負極に供給するよ
うに構成された水素供給部を備えているから、水素供給
部から放出された水素が、負極における触媒作用によ
り、プロトンを生成し、生成されたプロトンが、プロト
ン伝導体によって生成されたプロトンとともに、正極に
移動し、酸素と化合して、水を生成しつつ、起電力を発
生する。したがって、本発明によれば、水素供給部を設
けない場合に比べ、効率良く、水素を供給することがで
き、かつ、プロトンの伝導率が高い燃料電池を提供する
ことが可能となる。
と、正極との積層構造を有し、さらに、異方性の高い炭
素質材料の結晶軸を配向させ、配向させた前記結晶軸の
方向に水素ガスを供給して、水素を吸蔵させた水素吸蔵
炭素質材料を含み、水素を放出して、負極に供給するよ
うに構成された水素供給部を備えているから、水素供給
部から放出された水素が、負極における触媒作用によ
り、プロトンを生成し、生成されたプロトンが、プロト
ン伝導体によって生成されたプロトンとともに、正極に
移動し、酸素と化合して、水を生成しつつ、起電力を発
生する。したがって、本発明によれば、水素供給部を設
けない場合に比べ、効率良く、水素を供給することがで
き、かつ、プロトンの伝導率が高い燃料電池を提供する
ことが可能となる。
【0027】本発明において、吸蔵させる水素とは、水
素分子、水素原子のみならず、水素の原子核であるプロ
トンを含んでいる。
素分子、水素原子のみならず、水素の原子核であるプロ
トンを含んでいる。
【0028】本発明の好ましい実施態様においては、異
方性の高い炭素質材料の結晶軸が一次元に配向される。
方性の高い炭素質材料の結晶軸が一次元に配向される。
【0029】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記異方性の高い炭素質材料が、カーボンナノチュ
ーブ、カーボンナノファイバーおよびグラファイトより
なる群から選ばれる炭素質材料より形成されている。
は、前記異方性の高い炭素質材料が、カーボンナノチュ
ーブ、カーボンナノファイバーおよびグラファイトより
なる群から選ばれる炭素質材料より形成されている。
【0030】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、炭素質材料は、その表面に、水素分子を水素原子
に、あるいは、さらにプロトンと電子に分離させる機能
を有する金属または金属の合金の微粒子を有している。
金属または合金の微粒子の平均サイズは1ミクロン以下
であることが望ましく、金属としては、鉄、希土類元
素、ニッケル、コバルト、パラジウム、ロジウム、白
金、またはこれらの金属の1または2以上の合金よりな
る群から選ばれる金属または合金が好ましく使用され
る。
は、炭素質材料は、その表面に、水素分子を水素原子
に、あるいは、さらにプロトンと電子に分離させる機能
を有する金属または金属の合金の微粒子を有している。
金属または合金の微粒子の平均サイズは1ミクロン以下
であることが望ましく、金属としては、鉄、希土類元
素、ニッケル、コバルト、パラジウム、ロジウム、白
金、またはこれらの金属の1または2以上の合金よりな
る群から選ばれる金属または合金が好ましく使用され
る。
【0031】カーボンナノチューブ、カーボンナノファ
イバー、グラファイトなどの炭素質材料をアーク放電法
によって生成する場合には、アーク放電に先立って、金
属またはその合金を、グラファイトのロッドに混入させ
ることが好ましく、アーク放電の際に、かかる金属また
はその合金を存在させることによって、これらの金属ま
たはその合金の触媒的作用によって、炭素質材料の収率
が高まり、曲率を有する水素吸蔵用炭素質材料の生成を
促進させることができる。なお、これらの金属またはそ
の合金は、レーザーアブレーション法によって、カーボ
ンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラファイ
トなどの炭素質材料を生成する際、触媒的作用を果たす
ことが知られており、その方法により生成したカーボン
ナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラファイト
などの炭素質材料を収集し、それを水素吸蔵用炭素質材
料に添加混合して、水素吸蔵用炭素質材料の表面が、こ
れらの金属またはその合金を有するようにしてもよい。
イバー、グラファイトなどの炭素質材料をアーク放電法
によって生成する場合には、アーク放電に先立って、金
属またはその合金を、グラファイトのロッドに混入させ
ることが好ましく、アーク放電の際に、かかる金属また
はその合金を存在させることによって、これらの金属ま
たはその合金の触媒的作用によって、炭素質材料の収率
が高まり、曲率を有する水素吸蔵用炭素質材料の生成を
促進させることができる。なお、これらの金属またはそ
の合金は、レーザーアブレーション法によって、カーボ
ンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラファイ
トなどの炭素質材料を生成する際、触媒的作用を果たす
ことが知られており、その方法により生成したカーボン
ナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラファイト
などの炭素質材料を収集し、それを水素吸蔵用炭素質材
料に添加混合して、水素吸蔵用炭素質材料の表面が、こ
れらの金属またはその合金を有するようにしてもよい。
【0032】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、これらの金属または合金を含有する炭素質材料、あ
るいは、これらの金属または合金を含有しない炭素質材
料の少なくとも表面に対し、水素分子を水素原子へ、さ
らには、プロトンと電子へと分離することのできる触媒
能を有する金属微粒子が10重量%以下、担持されてい
る。そのような触媒能を有する好ましい金属としては、
たとえば、白金または白金合金などを挙げることがで
き、炭素質材料の表面に、これらの金属を担持させるに
は、スパッタ、真空蒸着、化学的手法、混合などの公知
の手法を用いることができる。
は、これらの金属または合金を含有する炭素質材料、あ
るいは、これらの金属または合金を含有しない炭素質材
料の少なくとも表面に対し、水素分子を水素原子へ、さ
らには、プロトンと電子へと分離することのできる触媒
能を有する金属微粒子が10重量%以下、担持されてい
る。そのような触媒能を有する好ましい金属としては、
たとえば、白金または白金合金などを挙げることがで
き、炭素質材料の表面に、これらの金属を担持させるに
は、スパッタ、真空蒸着、化学的手法、混合などの公知
の手法を用いることができる。
【0033】また、白金微粒子または白金合金微粒子を
炭素質材料に担持させる場合には、白金錯体を含む溶液
を用いる化学的担持法、あるいは、白金を含む電極を用
いるアーク放電法の手法を適用することができる。化学
的担持法においては、たとえば、塩化白金酸水溶液を亜
硫酸水素ナトリウムや過酸化水素で処理し、次いで、こ
の溶液に、炭素質材料を加えて、攪拌することによっ
て、白金微粒子または白金合金微粒子を炭素質材料に担
持させることができる。他方、アーク放電法において
は、アーク放電の電極部に、白金や白金合金を部分的に
組み込んでおき、それをアーク放電させることによって
蒸発させ、チャンバー内に収納した炭素質材料上に付着
させることができる。
炭素質材料に担持させる場合には、白金錯体を含む溶液
を用いる化学的担持法、あるいは、白金を含む電極を用
いるアーク放電法の手法を適用することができる。化学
的担持法においては、たとえば、塩化白金酸水溶液を亜
硫酸水素ナトリウムや過酸化水素で処理し、次いで、こ
の溶液に、炭素質材料を加えて、攪拌することによっ
て、白金微粒子または白金合金微粒子を炭素質材料に担
持させることができる。他方、アーク放電法において
は、アーク放電の電極部に、白金や白金合金を部分的に
組み込んでおき、それをアーク放電させることによって
蒸発させ、チャンバー内に収納した炭素質材料上に付着
させることができる。
【0034】このような金属や合金を担持させることに
より、それを担持させない場合に比べ、水素吸蔵能をよ
り高めることができ、さらに、電子供与体であるフッ素
やアンモニアなどのアミン系分子を炭素質材料と混合
し、あるいは、結合させることによって、電荷分離がよ
り能率的に生じることが判明している。
より、それを担持させない場合に比べ、水素吸蔵能をよ
り高めることができ、さらに、電子供与体であるフッ素
やアンモニアなどのアミン系分子を炭素質材料と混合
し、あるいは、結合させることによって、電荷分離がよ
り能率的に生じることが判明している。
【0035】このように、上述の金属や合金を担持させ
た強い電子受容体である水素吸蔵用炭素質材料に、陽子
と電子とからなる水素を供与することによって、水素が
陽子の形態で、吸蔵され、そのため、占有体積が大幅に
小さくなり、従来の水素原子の化学吸着による貯蔵に比
して、大量の水素を水素吸蔵用炭素質材料中に貯蔵する
ことが可能となる。すなわち、水素を、原子の状態か
ら、電子と陽子に分離させて、水素吸蔵用炭素質材料中
に効率的に電子を貯蔵することにより、水素を、最終的
には、陽子の状態で、高密度にかつ大量に貯蔵すること
ができる。したがって、水素吸蔵用炭素質材料の表面
に、上述の金属や合金を担持させた場合は、水素をより
効率的にかつより大量に吸蔵することができ、軽量で運
搬が容易であり、構造破壊を伴わずに、室温レベルでの
反復使用が可能で、取扱上も安全である。さらに、白金
などの金属触媒の使用量も削減でき、出発原料であるフ
ラーレンなどの炭素質材料も低コストで容易に製造する
ことができ、資源調達の面で問題がない上に、使用時に
環境破壊などの問題を起こすことがないという優れた実
用性を発揮することが可能になる。
た強い電子受容体である水素吸蔵用炭素質材料に、陽子
と電子とからなる水素を供与することによって、水素が
陽子の形態で、吸蔵され、そのため、占有体積が大幅に
小さくなり、従来の水素原子の化学吸着による貯蔵に比
して、大量の水素を水素吸蔵用炭素質材料中に貯蔵する
ことが可能となる。すなわち、水素を、原子の状態か
ら、電子と陽子に分離させて、水素吸蔵用炭素質材料中
に効率的に電子を貯蔵することにより、水素を、最終的
には、陽子の状態で、高密度にかつ大量に貯蔵すること
ができる。したがって、水素吸蔵用炭素質材料の表面
に、上述の金属や合金を担持させた場合は、水素をより
効率的にかつより大量に吸蔵することができ、軽量で運
搬が容易であり、構造破壊を伴わずに、室温レベルでの
反復使用が可能で、取扱上も安全である。さらに、白金
などの金属触媒の使用量も削減でき、出発原料であるフ
ラーレンなどの炭素質材料も低コストで容易に製造する
ことができ、資源調達の面で問題がない上に、使用時に
環境破壊などの問題を起こすことがないという優れた実
用性を発揮することが可能になる。
【0036】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて、本発
明にかかる好ましい実施態様につき、詳細に説明を加え
る。
明にかかる好ましい実施態様につき、詳細に説明を加え
る。
【0037】図1は、本発明の好ましい実施態様にかか
る燃料電池の概略的構成を示す図面である。
る燃料電池の概略的構成を示す図面である。
【0038】図1に示されるように、本実施態様にかか
る燃料電池は、互いに対向するように配置された正極
(酸素極)1と、負極2(燃料極または水素極)とを備
えている。正極1は正極リード3を有するとともに、触
媒5が分散または密着されており、負極2も同様に、負
極リード6を有するとともに、触媒7が分散または密着
されている。正極1と負極2の間には、プロトン伝導体
部8が挟着されている。水素供給源10から、導入口1
1を介して、燃料である水素12が、負極2側の流路1
3に供給されて、排出口14から排出され、正極1側で
は、空気15が導入口16から、流路17に供給され、
排出口18から、排出されるように構成されている。
る燃料電池は、互いに対向するように配置された正極
(酸素極)1と、負極2(燃料極または水素極)とを備
えている。正極1は正極リード3を有するとともに、触
媒5が分散または密着されており、負極2も同様に、負
極リード6を有するとともに、触媒7が分散または密着
されている。正極1と負極2の間には、プロトン伝導体
部8が挟着されている。水素供給源10から、導入口1
1を介して、燃料である水素12が、負極2側の流路1
3に供給されて、排出口14から排出され、正極1側で
は、空気15が導入口16から、流路17に供給され、
排出口18から、排出されるように構成されている。
【0039】導入口11から流路13に供給された燃料
である水素12が流路13を通過する間に、プロトンが
発生し、発生したプロトンは、プロトン伝導体部8で発
生したプロトンとともに、正極1側へ移動する。その結
果、導入口16から流路17に供給されて、排出口18
へ向かう空気15中の酸素と反応し、これによって、所
望の起電力が取り出される。
である水素12が流路13を通過する間に、プロトンが
発生し、発生したプロトンは、プロトン伝導体部8で発
生したプロトンとともに、正極1側へ移動する。その結
果、導入口16から流路17に供給されて、排出口18
へ向かう空気15中の酸素と反応し、これによって、所
望の起電力が取り出される。
【0040】本実施態様においては、水素供給源10
に、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、
グラファイトなどの異方性の高い炭素質材料の結晶軸を
配向させた後、100気圧の水素圧力で、水素を吸蔵さ
せて得た水素吸蔵炭素質材料が用いられている。
に、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、
グラファイトなどの異方性の高い炭素質材料の結晶軸を
配向させた後、100気圧の水素圧力で、水素を吸蔵さ
せて得た水素吸蔵炭素質材料が用いられている。
【0041】本実施態様にかかる燃料電池は、プロトン
伝導部8において、プロトンが解離しつつ、負極2側か
ら供給されるプロトンが正極1側へ移動するので、プロ
トンの伝導率が高いという特長がある。したがって、従
来、プロトンの伝導のために必要とされた加湿装置など
は不要となるので、システムの簡略化、軽量化を図るこ
とが可能になる。
伝導部8において、プロトンが解離しつつ、負極2側か
ら供給されるプロトンが正極1側へ移動するので、プロ
トンの伝導率が高いという特長がある。したがって、従
来、プロトンの伝導のために必要とされた加湿装置など
は不要となるので、システムの簡略化、軽量化を図るこ
とが可能になる。
【0042】
【実施例】以下において、本発明の効果を、一層明らか
にするため、実施例および比較例を掲げる。
にするため、実施例および比較例を掲げる。
【0043】実施例1 合成容器内を、ヘリウム雰囲気とし、圧力を1.33×
104パスカルに保持し、直流電源を用いて、30分間
にわたって、一対の炭素電極間に、アーク放電を発生さ
せ、放電終了後、合成容器内の炭素ススおよび陰極に堆
積成長した炭素質材料を回収した。
104パスカルに保持し、直流電源を用いて、30分間
にわたって、一対の炭素電極間に、アーク放電を発生さ
せ、放電終了後、合成容器内の炭素ススおよび陰極に堆
積成長した炭素質材料を回収した。
【0044】回収した炭素ススおよび炭素質材料を乳鉢
ですりつぶした後、硫酸中で、超音波拡散させた。
ですりつぶした後、硫酸中で、超音波拡散させた。
【0045】さらに、過マンガン酸カリウムを加えた
後、加熱処理をし、アモルファスカーボンを酸化させ
て、除去して、試料#1を得た。
後、加熱処理をし、アモルファスカーボンを酸化させ
て、除去して、試料#1を得た。
【0046】走査型電子顕微鏡(SEM)および透過型
電子顕微鏡(TEM)を用いて、試料#1を観察した結
果、試料#1が、カーボンナノチューブであることが確
認された。
電子顕微鏡(TEM)を用いて、試料#1を観察した結
果、試料#1が、カーボンナノチューブであることが確
認された。
【0047】こうして得られた試料#1に、1トン/平
方センチメートルの一軸性の圧力を加え、二次元方向に
配向して、試料#2を得た.他方、試料#1に、0.2
トン/平方センチメートルの圧力下で、ローリング処理
を施した後、1トン/平方センチメートルの一軸性の圧
力を加え、一次元的にのみ配向した試料#3を得た.得
られた試料#1、#2および#3を、一方向にのみガス
経路が形成されたラミネートカートリッジ内に密封し、
ラミネートカートリッジを、100気圧の水素ガスを含
む容器中に入れて、経時的に、容器内の水素ガス圧力変
化を検出し、水素の吸蔵量を算出した。
方センチメートルの一軸性の圧力を加え、二次元方向に
配向して、試料#2を得た.他方、試料#1に、0.2
トン/平方センチメートルの圧力下で、ローリング処理
を施した後、1トン/平方センチメートルの一軸性の圧
力を加え、一次元的にのみ配向した試料#3を得た.得
られた試料#1、#2および#3を、一方向にのみガス
経路が形成されたラミネートカートリッジ内に密封し、
ラミネートカートリッジを、100気圧の水素ガスを含
む容器中に入れて、経時的に、容器内の水素ガス圧力変
化を検出し、水素の吸蔵量を算出した。
【0048】その結果は、図2に示されている。
【0049】図2に示されるように、6時間以上を経過
した後の水素吸蔵量は、1200ccで、試料#1、#
2および#3の間で、有意差は認められなかったが、平
衡に達するまでの時間は、結晶軸を一次元に配向した試
料#3が最も短く、結晶軸を配向しなかった試料#1が
最も長いこと、すなわち、結晶軸を一次元に配向した試
料#3が最も水素吸蔵速度が高く、結晶軸を二次元に配
向した試料#2も、結晶軸を配向しなかった試料#1に
比して、水素吸蔵速度が大幅に改善されることがわかっ
た。
した後の水素吸蔵量は、1200ccで、試料#1、#
2および#3の間で、有意差は認められなかったが、平
衡に達するまでの時間は、結晶軸を一次元に配向した試
料#3が最も短く、結晶軸を配向しなかった試料#1が
最も長いこと、すなわち、結晶軸を一次元に配向した試
料#3が最も水素吸蔵速度が高く、結晶軸を二次元に配
向した試料#2も、結晶軸を配向しなかった試料#1に
比して、水素吸蔵速度が大幅に改善されることがわかっ
た。
【0050】実施例2 次のようにして、アルカリ蓄電池を作製した。
【0051】<正極の作製>平均粒径30μmの球状水
酸化ニッケル10g、水酸化コバルト1gに対して、カ
ルボキシメチルセルロース3重量%を加え、水で混練す
ることにより、ペーストを調製した。このペーストを空
孔率95%の発泡式ニッケル多孔体に充填、乾燥、加圧
した後、打ち抜いて、直径20mm、厚さ0.7mmの
正極を作製した。
酸化ニッケル10g、水酸化コバルト1gに対して、カ
ルボキシメチルセルロース3重量%を加え、水で混練す
ることにより、ペーストを調製した。このペーストを空
孔率95%の発泡式ニッケル多孔体に充填、乾燥、加圧
した後、打ち抜いて、直径20mm、厚さ0.7mmの
正極を作製した。
【0052】<負極の作製>実施例1にしたがって、試
料#3を調製し、50気圧で、水素を吸蔵させた水素吸
蔵炭素質材料にカルボキシメチルセルロース5%と水と
を加え、混練したペーストを調製し、このペーストを空
孔率95%の発泡式ニッケル多孔体に充填し、乾燥及び
加圧したのち、打ち抜いて、直径20mm、厚さ0.5
mmの負極を作製した。
料#3を調製し、50気圧で、水素を吸蔵させた水素吸
蔵炭素質材料にカルボキシメチルセルロース5%と水と
を加え、混練したペーストを調製し、このペーストを空
孔率95%の発泡式ニッケル多孔体に充填し、乾燥及び
加圧したのち、打ち抜いて、直径20mm、厚さ0.5
mmの負極を作製した。
【0053】<アルカリ蓄電池>次に、上述のように作
製した正極および負極を用い、7Nの水酸化カリウム水
溶液を電解液として、図3に概略的に示されるアルカリ
蓄電池(二次電池)を作製した。
製した正極および負極を用い、7Nの水酸化カリウム水
溶液を電解液として、図3に概略的に示されるアルカリ
蓄電池(二次電池)を作製した。
【0054】なお、このアルカリ電池は、電池容器20
に正極1と負極2とが電解液21を挟んで内蔵され、そ
れぞれの極から、正極リード3と負極リード6とが電池
容器20の外部へ取り出されている。
に正極1と負極2とが電解液21を挟んで内蔵され、そ
れぞれの極から、正極リード3と負極リード6とが電池
容器20の外部へ取り出されている。
【0055】<充放電性能>このようにして作製したア
ルカリ蓄電池につき、0.1C、上限1.4V、下限
0.8Vで、充放電試験を行った。そのサイクル特性を
図4に示す。
ルカリ蓄電池につき、0.1C、上限1.4V、下限
0.8Vで、充放電試験を行った。そのサイクル特性を
図4に示す。
【0056】図4から明らかなように、電池構造的な理
由から、サイクル寿命は十分とはいえないものの、基本
的な充放電性能を確認することができた。 実施例3 次のようにして、水素−空気電池を作製した。
由から、サイクル寿命は十分とはいえないものの、基本
的な充放電性能を確認することができた。 実施例3 次のようにして、水素−空気電池を作製した。
【0057】<空気極の作製>実施例1にしたがって、
試料#3を調製し、50気圧で、水素を吸蔵させて、水
素吸蔵炭素質材料を得た。こうして得られた水素吸蔵炭
素質材料と、パーフルオロスルホン酸からなる高分子電
解質のアルコール溶液とを、n−酢酸ブチル中に分散さ
せて、触媒層スラリーを調製した。
試料#3を調製し、50気圧で、水素を吸蔵させて、水
素吸蔵炭素質材料を得た。こうして得られた水素吸蔵炭
素質材料と、パーフルオロスルホン酸からなる高分子電
解質のアルコール溶液とを、n−酢酸ブチル中に分散さ
せて、触媒層スラリーを調製した。
【0058】一方、厚み250μmのカーボン不織布を
フッ素系撥水剤のエマルジョン液に浸漬し、乾燥したの
ち、400℃に加熱することにより、カーボン不織布に
撥水処理を施した。続いて、このカーボン不織布を4c
m×4cmに切断し、その一方の面に上述のようにして
調製した触媒層スラリーを塗布した。
フッ素系撥水剤のエマルジョン液に浸漬し、乾燥したの
ち、400℃に加熱することにより、カーボン不織布に
撥水処理を施した。続いて、このカーボン不織布を4c
m×4cmに切断し、その一方の面に上述のようにして
調製した触媒層スラリーを塗布した。
【0059】<空気極と高分子電解質膜との接合>触媒
層を塗布したカーボン不織布の塗布面に、厚み50μm
のパーフルオロスルホン酸からなる高分子電解質膜を接
合し、しかるのちに、乾燥した。
層を塗布したカーボン不織布の塗布面に、厚み50μm
のパーフルオロスルホン酸からなる高分子電解質膜を接
合し、しかるのちに、乾燥した。
【0060】<水素極の作製>空気極の作製に用いたの
と同じ水素吸蔵炭素質材料にカルボキシメチルセルロー
ス5%と水とを加えてペーストを調製し、このペースト
を空孔率95%の発泡式ニッケル多孔体に充填、乾燥し
たのち、加圧し、4cm×4cmに切断して、厚み0.
5mmの水素極を作製した。
と同じ水素吸蔵炭素質材料にカルボキシメチルセルロー
ス5%と水とを加えてペーストを調製し、このペースト
を空孔率95%の発泡式ニッケル多孔体に充填、乾燥し
たのち、加圧し、4cm×4cmに切断して、厚み0.
5mmの水素極を作製した。
【0061】<水素−空気電池の作製>上述のようにし
て得た空気極とパーフルオロスルホン酸高分子電解質膜
との接合体に、高分子電解質膜を中にして、水素極を重
ね合わせ、その両面を厚み3mmのテフロン(登録商
標)板でしっかり挟み込んで、ボルトにより固定した。
なお、空気極側に配置したテフロン板には、予め直径
1.5mmの多数の孔が設けられ、電極に空気がスムー
ズに供給されるようにしてある。
て得た空気極とパーフルオロスルホン酸高分子電解質膜
との接合体に、高分子電解質膜を中にして、水素極を重
ね合わせ、その両面を厚み3mmのテフロン(登録商
標)板でしっかり挟み込んで、ボルトにより固定した。
なお、空気極側に配置したテフロン板には、予め直径
1.5mmの多数の孔が設けられ、電極に空気がスムー
ズに供給されるようにしてある。
【0062】こうして組み立てられた水素−空気電池の
概略的構造を図5に示す。
概略的構造を図5に示す。
【0063】図5に示されるように、こうして作製され
た水素−空気電池は、高分子電解質膜30を中にして、
水素極31と空気極32とが対向して配置され、これら
の外側を、テフロン板33と、多数の空気孔34を設け
たテフロン板35とで挟み込み、全体をボルト36、3
6により固定したもので、各極から外部に水素極リード
37、空気極リード38が、それぞれ取り出されてい
る。
た水素−空気電池は、高分子電解質膜30を中にして、
水素極31と空気極32とが対向して配置され、これら
の外側を、テフロン板33と、多数の空気孔34を設け
たテフロン板35とで挟み込み、全体をボルト36、3
6により固定したもので、各極から外部に水素極リード
37、空気極リード38が、それぞれ取り出されてい
る。
【0064】<水素−空気電池の放電特性>次に、この
水素−空気電池の放電特性を調べた。
水素−空気電池の放電特性を調べた。
【0065】まず、充電方向に電流密度1mA/cm2
で通電し、水素極に水素を吸蔵させたのち、電流密度1
mA/cm2で放電させた。その結果、図6に示すよう
な放電特性が得られ、水素−空気電池として機能するこ
とが確認された。
で通電し、水素極に水素を吸蔵させたのち、電流密度1
mA/cm2で放電させた。その結果、図6に示すよう
な放電特性が得られ、水素−空気電池として機能するこ
とが確認された。
【0066】さらに、電池を組み立てる前に、あらかじ
め、水素極に、圧力100kg/cm2で水素を吸蔵さ
せておき、これを、上述のようにして得た空気極とパー
フルオロスルホン酸高分子電解質膜との接合体に重ね合
わせて、水素−空気電池を組み立て、得られた電池につ
いて、電流密度1mA/cm2で、放電特性を測定した
ところ、図7に示すような放電特性が得られ、この場合
も水素−空気電池として機能することが確認できた。
め、水素極に、圧力100kg/cm2で水素を吸蔵さ
せておき、これを、上述のようにして得た空気極とパー
フルオロスルホン酸高分子電解質膜との接合体に重ね合
わせて、水素−空気電池を組み立て、得られた電池につ
いて、電流密度1mA/cm2で、放電特性を測定した
ところ、図7に示すような放電特性が得られ、この場合
も水素−空気電池として機能することが確認できた。
【0067】本発明は、以上の実施態様および実施例に
限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明
の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の
範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明
の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の
範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【0068】たとえば、前記実施態様においては、水素
吸蔵用炭素質材料および水素吸蔵炭素質材料を用いた燃
料電池につき説明を加えたが、本発明にかかる水素吸蔵
用炭素質材料および水素吸蔵炭素質材料は、燃料電池に
かぎらず、アルカリ蓄電池、水素−空気電池などの他の
電池はもちろん、水素を貯蔵するため用途に広く用いる
ことができる。
吸蔵用炭素質材料および水素吸蔵炭素質材料を用いた燃
料電池につき説明を加えたが、本発明にかかる水素吸蔵
用炭素質材料および水素吸蔵炭素質材料は、燃料電池に
かぎらず、アルカリ蓄電池、水素−空気電池などの他の
電池はもちろん、水素を貯蔵するため用途に広く用いる
ことができる。
【0069】また、前記実施例においては、炭素質材料
として、アーク放電によって生成されたカーボンナノチ
ューブが用いられているが、本発明においては、異方性
の高い炭素質材料であれば、いかなる炭素質材料を用い
ることができ、カーボンナノチューブに限らず、カーボ
ンナノファイバー、グラファイトなどの異方性の高い炭
素質材料は、本発明の炭素質材料として、好ましく使用
することができる。
として、アーク放電によって生成されたカーボンナノチ
ューブが用いられているが、本発明においては、異方性
の高い炭素質材料であれば、いかなる炭素質材料を用い
ることができ、カーボンナノチューブに限らず、カーボ
ンナノファイバー、グラファイトなどの異方性の高い炭
素質材料は、本発明の炭素質材料として、好ましく使用
することができる。
【0070】さらに、前記実施例においては、ローリン
グ処理によって、カーボンナノチューブの結晶軸を一次
元に配向させているが、炭素質材料の結晶軸を配向させ
る方法は、ローリング処理に限定されるものではなく、
任意の配向方法を選択して使用することができる。
グ処理によって、カーボンナノチューブの結晶軸を一次
元に配向させているが、炭素質材料の結晶軸を配向させ
る方法は、ローリング処理に限定されるものではなく、
任意の配向方法を選択して使用することができる。
【0071】
【発明の効果】本発明によれば、水素を効率的に吸蔵さ
せることができ、軽量で、繰り返し使用することがで
き、安全で、資源的、環境的な問題を生じさせる虞のな
い水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵
炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を
用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電
池を提供することが可能になる。
せることができ、軽量で、繰り返し使用することがで
き、安全で、資源的、環境的な問題を生じさせる虞のな
い水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵
炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を
用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電
池を提供することが可能になる。
【図1】図1は、本発明の好ましい実施態様にかかる燃
料電池の概略的構成を示す図面である。
料電池の概略的構成を示す図面である。
【図2】図2は、実施例1における容器内の水素ガス圧
力変化と時間の関係を示すグラフである。
力変化と時間の関係を示すグラフである。
【図3】図3は、実施例2において作製したアルカリ蓄
電池(二次電池)の概略的構成を示す図面である。
電池(二次電池)の概略的構成を示す図面である。
【図4】図4は、実施例2において作製したアルカリ蓄
電池のサイクル特性を示すグラフである。
電池のサイクル特性を示すグラフである。
【図5】図5は、実施例3において作製した水素−空気
電池の概略的構造を示す図面である。
電池の概略的構造を示す図面である。
【図6】図6は、実施例3において作製した水素−空気
電池の放電特性を示すグラフである。
電池の放電特性を示すグラフである。
【図7】図7は、実施例3において作製した水素−空気
電池の放電特性を示すグラフである。
電池の放電特性を示すグラフである。
1 正極 2 負極 3 正極リード 5 触媒 6 負極リード 7 触媒 8 プロトン伝導体部 10 水素供給源 11 導入口 12 水素 13 流路 14 排出口 15 空気 16 導入口 17 流路 18 排出口 20 電池容器 21 電解液 30 高分子電解質膜 31 水素極 32 空気極 33 テフロン板 34 空気孔 35 テフロン板 36 ボルト 37 水素極リード 38 空気極リード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 4/02 H01M 4/02 Z 5H032 4/24 4/24 Z 5H050 4/38 4/38 Z 8/04 8/04 J 10/30 10/30 Z 12/08 12/08 S K (72)発明者 梶浦 尚志 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 根岸 英輔 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 阿多 誠文 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 4G040 AA01 AA32 4G046 CA00 CB08 CC10 EA05 EB00 EC05 4G066 AA04B AA47D BA05 BA31 CA38 DA05 FA11 FA40 GA14 5H027 AA02 BA13 5H028 AA05 BB00 EE01 5H032 AA00 AS00 AS12 BB10 CC02 CC11 CC17 5H050 AA15 AA17 BA14 BA20 CA03 CA14 CB07 CB08 EA02 EA03 EA05 EA25 FA19
Claims (18)
- 【請求項1】 異方性の高い炭素質材料の結晶軸を配向
させたことを特徴とする水素吸蔵用炭素質材料。 - 【請求項2】 前記異方性の高い炭素質材料の前記結晶
軸を一次元に配向させたことを特徴とする請求項1に記
載の水素吸蔵用炭素質材料。 - 【請求項3】 前記異方性の高い炭素質材料が、カーボ
ンナノチューブ、カーボンナノファイバーおよびグラフ
ァイトよりなる群から選ばれる炭素質材料によって形成
されたことを特徴とする請求項1または2に記載の水素
吸蔵用炭素質材料。 - 【請求項4】 異方性の高い炭素質材料の結晶軸を配向
させることを特徴とする水素吸蔵用炭素質材料の製造方
法。 - 【請求項5】 前記異方性の高い炭素質材料の前記結晶
軸を一次元に配向させることを特徴とする請求項4に記
載の水素吸蔵用炭素質材料の製造方法。 - 【請求項6】 前記異方性の高い炭素質材料が、カーボ
ンナノチューブ、カーボンナノファイバーおよびグラフ
ァイトよりなる群から選ばれる炭素質材料よって形成さ
れたことを特徴とする請求項4または5に記載の水素吸
蔵用炭素質材料の製造方法。 - 【請求項7】 異方性の高い炭素質材料の結晶軸を配向
させ、配向させた前記結晶軸の方向に水素ガスを供給し
て、水素を吸蔵させたことを特徴とする水素吸蔵炭素質
材料。 - 【請求項8】 前記異方性の高い炭素質材料の前記結晶
軸を一次元に配向させたことを特徴とする請求項7に記
載の水素吸蔵炭素質材料。 - 【請求項9】 前記異方性の高い炭素質材料が、カーボ
ンナノチューブ、カーボンナノファイバーおよびグラフ
ァイトよりなる群から選ばれる炭素質材料よって形成さ
れたことを特徴とする請求項7または8に記載の水素吸
蔵炭素質材料。 - 【請求項10】 異方性の高い炭素質材料の結晶軸を配
向させ、配向させた前記結晶軸の方向に水素ガスを供給
して、水素を吸蔵させることを特徴とする水素吸蔵炭素
質材料の製造方法。 - 【請求項11】 前記異方性の高い炭素質材料の前記結
晶軸を一次元に配向させることを特徴とする請求項10
に記載の水素吸蔵炭素質材料の製造方法。 - 【請求項12】 前記異方性の高い炭素質材料が、カー
ボンナノチューブ、カーボンナノファイバーおよびグラ
ファイトよりなる群から選ばれる炭素質材料よって形成
されたことを特徴とする請求項10または11に記載の
水素吸蔵炭素質材料の製造方法。 - 【請求項13】 負極と、正極と、これらの間に介在す
る電解質とを有し、前記負極および/または前記正極
が、異方性の高い炭素質材料の結晶軸を配向させ、配向
させた前記結晶軸の方向に水素ガスを供給して、水素を
吸蔵させた水素吸蔵炭素質材料を含んだことを特徴とす
る電池。 - 【請求項14】 前記異方性の高い炭素質材料の前記結
晶軸を一次元に配向させたことを特徴とする請求項13
に記載の電池。 - 【請求項15】 前記異方性の高い炭素質材料が、カー
ボンナノチューブ、カーボンナノファイバーおよびグラ
ファイトよりなる群から選ばれる炭素質材料よって形成
されたことを特徴とする請求項13または14に記載の
電池。 - 【請求項16】 負極と、プロトン伝導体と、正極との
積層構造を有し、さらに、異方性の高い炭素質材料の結
晶軸を配向させ、配向させた前記結晶軸の方向に水素ガ
スを供給して、水素を吸蔵させた水素吸蔵炭素質材料を
含み、水素を放出して、前記負極に供給するように構成
された水素供給部を備えたことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項17】 前記異方性の高い炭素質材料の前記結
晶軸を一次元に配向させたことを特徴とする請求項16
に記載の燃料電池。 - 【請求項18】 前記異方性の高い炭素質材料が、カー
ボンナノチューブ、カーボンナノファイバーおよびグラ
ファイトよりなる群から選ばれる炭素質材料よって形成
されたことを特徴とする請求項16または17に記載の
燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000130722A JP2001316104A (ja) | 2000-04-28 | 2000-04-28 | 水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000130722A JP2001316104A (ja) | 2000-04-28 | 2000-04-28 | 水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001316104A true JP2001316104A (ja) | 2001-11-13 |
Family
ID=18639758
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000130722A Pending JP2001316104A (ja) | 2000-04-28 | 2000-04-28 | 水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001316104A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007182357A (ja) * | 2006-01-10 | 2007-07-19 | Nok Corp | 炭素材料薄膜の後処理方法 |
JP2007182356A (ja) * | 2006-01-10 | 2007-07-19 | Nok Corp | カーボンナノチューブ薄膜の製膜方法 |
WO2010084614A1 (ja) * | 2009-01-26 | 2010-07-29 | トヨタ自動車株式会社 | 空気電池 |
WO2011074122A1 (ja) * | 2009-12-18 | 2011-06-23 | トヨタ自動車株式会社 | 空気電池用空気極、及び、当該空気極を備えた空気電池 |
WO2017149633A1 (ja) * | 2016-03-01 | 2017-09-08 | 株式会社日立製作所 | 水処理装置及びこれに用いる導電性多孔質炭素材料 |
CN110915016A (zh) * | 2017-07-24 | 2020-03-24 | 苹果公司 | 具有氢清除剂的可再充电蓄电池 |
US11652230B1 (en) | 2018-01-12 | 2023-05-16 | Apple Inc. | Rechargeable battery with pseudo-reference electrode |
US11888112B2 (en) | 2017-05-19 | 2024-01-30 | Apple Inc. | Rechargeable battery with anion conducting polymer |
-
2000
- 2000-04-28 JP JP2000130722A patent/JP2001316104A/ja active Pending
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102396100A (zh) * | 2009-01-26 | 2012-03-28 | 丰田自动车株式会社 | 空气电池 |
US8273497B2 (en) | 2009-01-26 | 2012-09-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Air battery |
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