JP2013107822A - Method for generating gaseous hydrogen and material for generating gaseous hydrogen - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a hydrogen gas generation method and a hydrogen gas generation material used in the hydrogen gas generation method.
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。
In recent years, with the spread of devices such as PCs and mobile phones, fuel cells using hydrogen gas as a power source have attracted attention. As a method for generating hydrogen gas, for example,
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。
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。
However, as described in
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。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a hydrogen gas generating method and a hydrogen gas generating material capable of generating a large amount of hydrogen gas.
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。 In order to solve the above-described problems, the hydrogen gas generation method of the present invention includes a hydrogen gas generating material containing at least one of Sn and Bi in a range of 0.5 to 20% by weight, with the balance being aluminum and inevitable. The aluminum alloy is formed by reacting the aluminum alloy with water or a saline solution, and the aluminum alloy is cooled by bringing the molten raw material alloy into contact with a rotating water-cooled roll. The peripheral speed of the water-cooled roll is set in the range of 1 m / sec to 20 m / sec.
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。 Moreover, the hydrogen gas generating material of the present invention comprises at least one of Sn and Bi in the range of 0.5 to 20% by weight, and is made of a flaky aluminum alloy with the balance being aluminum and inevitable impurities The aluminum alloy is produced by a strip casting method including a step of bringing a molten material alloy into contact with a water-cooled roll rotating at a peripheral speed set in a range of 1 m / sec to 20 m / sec and cooling it. It is characterized by being.
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。 According to the present invention, the step of cooling the raw material alloy by bringing it into contact with a water-cooled roll containing at least one of Sn and Bi at a predetermined weight ratio and having a peripheral speed set in the range of 1 m / sec to 20 m / sec. Since the flaky aluminum alloy produced by the strip casting method containing is active, it is possible to generate a large amount of hydrogen gas of 40 ml / min or more simply by reacting the aluminum alloy with water or saline. Become. If at least one of Sn and Bi is not included in the range of 0.5 to 20% by weight, the generation rate of hydrogen gas with respect to the aluminum alloy is not sufficiently high. Further, when the peripheral speed of the water-cooled roll is slower than 1 m / sec or exceeds 20 m / sec, the generation rate of hydrogen gas with respect to the aluminum alloy is not sufficiently high.
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。
FIG. 1 is a strip casting (hereinafter referred to as “SC”) apparatus used for producing the hydrogen gas generating material of the present invention. The SC apparatus has a known structure and has a
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。
A
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。
Next, the production of the flaky aluminum alloy of the present embodiment will be described using the SC apparatus shown in FIG. The
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。
Next, the raw material alloy filled in the
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。
Finally, the plate-like piece A1 is guided to the
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。 As described above, in the present embodiment, the aluminum alloy A, which is a hydrogen gas generating material, is in the form of a flake containing at least one of Sn and Bi at a predetermined weight ratio. Handling becomes easy. At that time, by using the SC method, the dispersibility of at least one of Sn and Bi in the aluminum alloy is improved, and Sn and Bi are dispersed in an atomic state. As a result, the stability in normal temperature air is further improved.
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。 And since the flaky aluminum alloy A produced in this way is active, it can be continuously reacted at a rate of 40 ml / min or more by simply reacting with water or saline having a concentration in the range of 0.5 to 5%. Can be generated. As a result, it is particularly useful when applied to a fuel cell.
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。 In the present embodiment, the case where the SC method is used has been described. However, the present invention is not limited to this. The aluminum alloy can also be produced by a known centrifugal casting method.
(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。
Example 1
In Example 1, using the SC apparatus shown in FIG. 1, flaky shapes each having a predetermined composition (aluminum having a purity of 99.9% and one of Sn or Bi added at a predetermined weight ratio) are used. A test piece which is an aluminum alloy was prepared. A water-cooled
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。 Next, 1 g of each sample prepared by changing the weight ratio of Sn or Bi and the cooling rate is put in a container, 12 g of water or saline is poured, and hydrogen generated during 1 hour is collected by the water replacement method. The hydrogen generation amount (ml / min) was determined.
(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。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, ingots, which are aluminum alloys each having a predetermined composition cast by a BM (book mold) casting method, were rolled into a thin plate of 0.2 to 0.8 mm, and the amount of hydrogen generated was investigated. In Example 1 and Comparative Example 1, city water (Chigasaki City, Kanagawa Prefecture) was used for the reaction with water, and it was used as a salt solution in which 1% sodium chloride was added to the water.
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)。 2 to 4 show the hydrogen generation amounts of the aluminum alloys produced according to Example 1 and Comparative Example 1 described above. According to this, in Comparative Example 1, it can be seen that if the weight ratio (addition amount) of Sn or Bi is appropriately adjusted in the reaction with city water, a hydrogen generation amount of about 30 ml / min is obtained ( 2 and 3). It can also be seen that the amount of hydrogen generated is slightly increased in the reaction between the aluminum alloy to which Bi is added and saline (see FIG. 4).
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)。
On the other hand, in Example 1, while setting the weight ratio (addition amount) of Sn or Bi within the range of 0.5 to 20% by weight, the peripheral speed of the water-cooled
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。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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。 The hydrogen gas generating material is a flaky aluminum alloy containing at least one of Sn and Bi in the range of 0.5 to 20% by weight and the balance being aluminum and unavoidable impurities. Alternatively, in a method for generating hydrogen gas by reacting with a saline solution,
The aluminum alloy was manufactured by a strip casting method including a step of bringing a molten raw material alloy into contact with a rotating water-cooled roll and cooling it, and the peripheral speed of the water-cooled roll was set in the range of 1 m / sec to 20 m / sec. A method for generating hydrogen gas.
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。
In a hydrogen gas generating material comprising a flaky aluminum alloy containing at least one of Sn and Bi in the range of 0.5 to 20% by weight and the balance being aluminum and unavoidable impurities,
The aluminum alloy is produced by a strip casting method including a step of bringing a molten material alloy into contact with a water-cooled roll rotating at a peripheral speed set in a range of 1 m / sec to 20 m / sec and cooling it. A hydrogen gas generating material characterized by
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