JP4805907B2 - 水素貯蔵系材料および水素化物と水酸化物を含む方法 - Google Patents
水素貯蔵系材料および水素化物と水酸化物を含む方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4805907B2 JP4805907B2 JP2007500766A JP2007500766A JP4805907B2 JP 4805907 B2 JP4805907 B2 JP 4805907B2 JP 2007500766 A JP2007500766 A JP 2007500766A JP 2007500766 A JP2007500766 A JP 2007500766A JP 4805907 B2 JP4805907 B2 JP 4805907B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydroxide
- hydride
- reaction
- hydrogen
- hydrated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims description 259
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims description 258
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 255
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 title claims description 141
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 title claims description 137
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 39
- 239000000463 material Substances 0.000 title description 24
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 266
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical group [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 145
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 138
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 71
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 54
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 50
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 36
- -1 titanium hydride Chemical compound 0.000 claims description 32
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 28
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims description 26
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 26
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 25
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims description 20
- 229910000103 lithium hydride Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 229910000104 sodium hydride Inorganic materials 0.000 claims description 20
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 16
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 15
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 14
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 12
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- AYBCUKQQDUJLQN-UHFFFAOYSA-N hydridoberyllium Chemical compound [H][Be] AYBCUKQQDUJLQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 6
- 239000012312 sodium hydride Substances 0.000 claims description 6
- 229910013184 LiBO Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910010082 LiAlH Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 4
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NTTOTNSKUYCDAV-UHFFFAOYSA-N potassium hydride Chemical compound [KH] NTTOTNSKUYCDAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000105 potassium hydride Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 claims description 4
- CSDQQAQKBAQLLE-UHFFFAOYSA-N 4-(4-chlorophenyl)-4,5,6,7-tetrahydrothieno[3,2-c]pyridine Chemical compound C1=CC(Cl)=CC=C1C1C(C=CS2)=C2CCN1 CSDQQAQKBAQLLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910010199 LiAl Inorganic materials 0.000 claims description 3
- MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N O.O.O.[Al] Chemical compound O.O.O.[Al] MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WPJWIROQQFWMMK-UHFFFAOYSA-L beryllium dihydroxide Chemical compound [Be+2].[OH-].[OH-] WPJWIROQQFWMMK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910012375 magnesium hydride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- UUCCCPNEFXQJEL-UHFFFAOYSA-L strontium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Sr+2] UUCCCPNEFXQJEL-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910001866 strontium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LLZRNZOLAXHGLL-UHFFFAOYSA-J titanic acid Chemical compound O[Ti](O)(O)O LLZRNZOLAXHGLL-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 3
- 229910000048 titanium hydride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L barium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ba+2] RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 2
- 229910001863 barium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims 2
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 150000003437 strontium Chemical class 0.000 claims 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical class OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims 1
- RJZNFXWQRHAVBP-UHFFFAOYSA-I aluminum;magnesium;pentahydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Mg+2].[Al+3] RJZNFXWQRHAVBP-UHFFFAOYSA-I 0.000 claims 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 48
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 44
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 43
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 40
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 35
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 34
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 34
- 239000000047 product Substances 0.000 description 20
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 17
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 12
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 12
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 11
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 9
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 9
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 8
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000012448 Lithium borohydride Substances 0.000 description 6
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 6
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 6
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 6
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 232Th Chemical compound [232Th] ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 0.000 description 4
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 4
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 4
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 4
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 4
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 4
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 4
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N europium atom Chemical compound [Eu] OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 4
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 4
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 4
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 4
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 4
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 4
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 4
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 4
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 4
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 4
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 229910001408 cation oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 150000001457 metallic cations Chemical class 0.000 description 3
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 3
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 2
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- 150000002892 organic cations Chemical class 0.000 description 2
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010671 solid-state reaction Methods 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010340 TiFe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RYTOQJNZWMEQIU-UHFFFAOYSA-K [B+3].[OH-].[OH-].[OH-] Chemical compound [B+3].[OH-].[OH-].[OH-] RYTOQJNZWMEQIU-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000006136 alcoholysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910003455 mixed metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
- C01B3/065—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents from a hydride
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
発明の分野
本発明は水素貯蔵組成物、その水素貯蔵組成物の製造方法およびその使用に関する。
発明の背景
水素は、空気と清浄に反応して副生物として水を生成するために、エネルギー源として望ましいものである。燃料源としての、特に自動車用途のための水素の望ましさを向上させるために、貯蔵物の単位容積当りおよび単位質量当りの利用できるエネルギー含量を増大させるのが望ましい。現在、これは、平方インチ当り数千ポンド（例えば５０００〜１００００psi）の高圧下での貯蔵、液体状態への冷却、または金属水素化物などの固体中への吸収のような在来の手段によって行われている。加圧および液化は、比較的費用のかかる処理と貯蔵装置を必要とする。
本発明は水素貯蔵組成物、その水素貯蔵組成物の製造方法およびその使用に関する。
発明の背景
水素は、空気と清浄に反応して副生物として水を生成するために、エネルギー源として望ましいものである。燃料源としての、特に自動車用途のための水素の望ましさを向上させるために、貯蔵物の単位容積当りおよび単位質量当りの利用できるエネルギー含量を増大させるのが望ましい。現在、これは、平方インチ当り数千ポンド（例えば５０００〜１００００psi）の高圧下での貯蔵、液体状態への冷却、または金属水素化物などの固体中への吸収のような在来の手段によって行われている。加圧および液化は、比較的費用のかかる処理と貯蔵装置を必要とする。
金属水素化物などの固体材料中に水素を貯蔵することは、貯蔵媒体として比較的高くて圧密した水素の容積密度をもたらす。水素を固体として拘束することは望ましいことである。というのは、それは熱が加えられると脱着し、それによって水素の制御可能な供給源が与えられるからである。
水素の使用を容易にするために、再チャージ可能な水素貯蔵装置が提案されている。そのような装置は比較的単純にすることができて、また一般に、熱伝達媒体が脱着のための熱を伝えるようなシェル状で管状の熱交換器として、単純に構成される。そのような熱伝達媒体は、水素貯蔵材料を収容する空間（chamber）から離れた導管の中に供給される。従って、水素が放出されることが望まれる場合、水素の放出を容易にするために、貯蔵材料との熱伝達関係において、異なる温度の流体を導管を通して循環させることができる。特定の材料については、貯蔵媒体の再チャージ（recharging）は、空間内へ貯蔵材料を通して水素を送り込むことによって達成することができ、このとき熱伝達媒体は熱を取り出し、それによってチャージプロセスまたは水素添加プロセスが促進される。温度制御のための適当な熱伝達表面と熱伝達媒体を与えるように配置された典型的な水素貯蔵材料と貯蔵装置は、米国特許第6,015,041号に例示される。
現在、比較的軽量の水素貯蔵材料の選択は本質的にマグネシウムおよびマグネシウム系合金に限られていて、それらは重量で数パーセントの水素貯蔵容量を提供し、何らかの可逆性能を有する本質的に最も知られた在来の貯蔵材料である。しかし、そのようなマグネシウム系材料は、非常に高い温度と高い水素圧力において水素を吸収するという制限を有する。さらに、その貯蔵材料の水素化は、マグネシウムの表面酸化によって概して妨げられる。LaNi5やTiFeなどのその他の例は、非常に重いために、比較的低い水素貯蔵重量密度を有する。
従って、改善された水素貯蔵媒体が要望されているのに応えて、本発明は、改善された水素貯蔵組成物、その貯蔵媒体としての使用、およびそのような材料を形成するための方法を提供する。
発明の概要
一面において、本発明は、水素を生成する方法であって、水素化物の第一の部分を水と反応させることによって熱を生成させ、そして前記水素化物の第二の部分と水酸化物との間の反応を、その熱をこれらに移動させることによって起こす工程を含む方法を提供する。
一面において、本発明は、水素を生成する方法であって、水素化物の第一の部分を水と反応させることによって熱を生成させ、そして前記水素化物の第二の部分と水酸化物との間の反応を、その熱をこれらに移動させることによって起こす工程を含む方法を提供する。
別の面において、本発明は、水素を生成する方法であって、第一の材料組成物中に存在する水素化物の一部を水と反応させることによって第一の反応において熱を生成させ、その熱を水素生成反応において使用する工程を含む方法を提供する。第一の材料組成物中に存在する水素化物の残りの部分は水素生成反応において第二の材料組成物中に存在する水酸化物と反応して、水素生成物及び酸化物を含む副生成物の組成物を形成する。
本発明のさらに別の面において、水素化状態及び脱水素化状態を有する水素貯蔵組成物が提供される。水素化状態において、その組成物は水素化物及び水和化水酸化物を含み、脱水素化状態において、その組成物は酸化物を含む。
本発明を適用できるさらなる分野は、以下に記載する詳細な説明から明らかになるであろう。その詳細な説明と特定の実施例は本発明の好ましい態様を示しているが、それらは例示の目的だけのものであって、本発明の範囲を限定することを意図してはいない、ということが理解されるべきである。
好ましい態様の詳細な説明
本発明は詳細な説明と添付する図面から、さらに十分に理解されるであろう。
好ましい態様の以下の説明は本質的に単なる例示のものであり、本発明とその適用または用途を限定することを決して意図していない。
本発明は詳細な説明と添付する図面から、さらに十分に理解されるであろう。
好ましい態様の以下の説明は本質的に単なる例示のものであり、本発明とその適用または用途を限定することを決して意図していない。
一面において、本発明は、水素貯蔵材料系から水素を生成しそして放出する系を提供する。一つの好ましい態様において、水素化物組成物の第一の部分及び水の間で第一の反応行うことによって、水素貯蔵材料から水素を放出するための方法が提供される。この第一の反応は、熱を生成し、第二の水素生成反応を開始するために使用される。水素生成反応は水素化物組成物及び水酸化物組成物の反応によって行われる。水素生成反応は、水素と酸化物組成物を含む反応副生物とを生成する。ここにおいて「組成物」という用語は概して、少なくとも優先的な化合物を含む物質を指すが、それは不純物を含めたさらなる物質または化合物をも含んでいてもよい。「材料」という用語も概して、優先的な化合物または組成物を含む物質を指す。本発明の他の好ましい態様は水素貯蔵組成物から水素を放出する方法に関し、それについては以下でさらに詳しく説明する。
別の面において、本発明は水素貯蔵材料を提供する。本発明の一つの好ましい態様において、水素貯蔵組成物は水素化した状態と脱水素化した状態を有し、そのとき、水素が貯蔵されてそれに続いて水素が放出されうる、二つの異なる物理的状態が提供される。水素化した状態において、組成物は水素化物と水酸化物を含む。脱水素化した状態において、組成物は酸化物を含む。水和化水酸化物化合物は、水素化物の一部と反応して、脱水素化反応を開始するのに十分な熱を生成し、その結果、脱水素化生成物がもたらされる。
本発明の一つの好ましい態様において、水素化物は一般式MIxHxによって表され、ここでMIは水素以外の１以上の陽イオン種を表わし、またｘはMIの平均の原子価状態を表わし、その平均の原子価状態は化合物の電荷の中性を維持する。
本発明の別の好ましい態様において、水酸化物は一般式MIIy(OH)yによって表され、ここでMIIは水素以外の１以上の陽イオン種を表わし、またｙはMIIの平均の原子価状態を表わし、その平均の原子価状態は化合物の電荷の中性を維持する。
本発明のさらに別の好ましい態様において、水素化物組成物はMIxHxによって表され、そして水酸化物組成物はMIIy(OH)yによって表され、ここでMIとMIIはそれぞれ水素以外の１以上の陽イオン種を表わし、またｘとｙはMIとMIIの平均の原子価状態を表わし、それらの平均の原子価状態はそれぞれの化合物の電荷の中性を維持する。
本発明によれば、MIとMIIの各々は、１以上の水素以外の陽イオン種または陽イオン種の混合を表わす。MIとMIIは互いに独立して選択されることに留意すべきである。すなわち、本発明においては、MIとMIIは同じ陽イオン種を含むか、あるいは好ましい態様においては、MIとMIIは互いに異なる別個の陽イオン種を含むことを意図している。さらに、MIとMIIあるいは両者は、二つまたはそれ以上の別個の陽イオン種を含む複合陽イオンとなるように選択してもよい。MIとMIIあるいは両者が複合陽イオンである場合、MIとMIIは１以上の同じ陽イオン種を含んでいてもよく、あるいは互いに全く異なる陽イオン種を含んでいてもよい。水素化物はしばしば複合水素化物であるとされていて、複合水素化物が本発明においてさらに意図されている。複合水素化物は二つの陽イオン種を含むが、しかし陽イオン種のうちの一つは水素と陰イオンの基を形成し、これはさらに第二の陽イオン種と相互に作用する。この概念はMIxHxとして表される水素化物を用いて下記の式によって表すことができ、ここでMIは二つの別個の陽イオン種であるM’ およびM’’ を含み、従って MI＝M’＋M’’ である。従って、水素化物はM’a d(M’’bHc)-d a と表すことができ、ここで (M’’bHc) は陰イオンの基であり、ｄ＝（ｃ−ｂ）であり、ａ、ｂ、ｃおよびｄは化合物の電荷の釣り合いと電気的中性を維持するように選択される。本発明の全ての好ましい態様について好ましい陽イオン種は、金属の陽イオンとホウ素などの非金属の陽イオンを含む。さらに、MIIもまた、CH3などの有機陽イオンの基であって非金属の陽イオンであるように、任意に選択される。
本発明の化合物のタイプにおけるMIとMIIについての好ましい陽イオンおよび陽イオンの混合を形成する元素は、次の通りである。水素化物と水酸化物の両者について、特定の好ましい陽イオン種は、アルミニウム（Al）、ホウ素（B）、バリウム（Ba）、ベリリウム（Be）、カルシウム（Ca）、セシウム（Cs）、カリウム（K）、リチウム（Li）、マグネシウム（Mg）、ナトリウム（Na）、ルビジウム（Rb）、ケイ素（Si）、ストロンチウム（Sr）、チタン（Ti）、バナジウム（V）、およびこれらの混合を含む。特に、好ましい元素は、アルミニウム（Al）、ホウ素（B）、ベリリウム（Be）、カルシウム（Ca）、カリウム（K）、リチウム（Li）、マグネシウム（Mg）、ナトリウム（Na）、ストロンチウム（Sr）、チタン（Ti）、およびこれらの混合を含む。最も好ましい陽イオン種はLiとNaである。上記の公知の種の査定によれば、類推によって、上に挙げたものの他に、予測の熱力学に基づいて、まだ証明されてはいないが、下記の追加の陽イオン種を用いることができると考えられる。すなわち、ヒ素（As）、カドミウム（Cd）、セリウム（Ce）、ユーロピウム（Eu）、鉄（Fe）、ガリウム（Ga）、ガドリニウム（Gd）、ゲルマニウム（Ge）、ハフニウム（Hf）、水銀（Hg）、インジウム（In）、ランタン（La）、マンガン（Mn）、ネオジム（Nd）、ニッケル（Ni）、鉛（Pd）、プラセオジム（Pr）、アンチモン（Sb）、スカンジウム（Sc）、セレン（Se）、サマリウム（Sm）、スズ（Sn）、トリウム（Th）、タリウム（Tl）、タングステン（W）、イットリウム（Y）、イッテルビウム（Yb）、亜鉛（Zn）、ジルコニウム（Zr）である。MIIについて、他の実施可能な陽イオン種としては低分子量の有機基があり、例えばメチル基（CH3）、エチル基（C2H5）、およびプロピル基（C3H7）である。
上のことから、陽イオン種MIまたはMIIには一般に、アルミニウム（Al）、ヒ素（As）、ホウ素（B）、バリウム（Ba）、ベリリウム（Be）、カルシウム（Ca）、カドミウム（Cd）、セリウム（Ce）、セシウム（Cs）、銅（Cu）、ユーロピウム（Eu）、鉄（Fe）、ガリウム（Ga）、ガドリニウム（Gd）、ゲルマニウム（Ge）、ハフニウム（Hf）、水銀（Hg）、インジウム（In）、カリウム（K）、ランタン（La）、リチウム（Li）、マグネシウム（Mg）、マンガン（Mn）、ナトリウム（Na）、ネオジム（Nd）、ニッケル（Ni）、鉛（Pd）、プラセオジム（Pr）、ルビジウム（Rb）、アンチモン（Sb）、スカンジウム（Sc）、セレン（Se）、ケイ素（Si）、サマリウム（Sm）、スズ（Sn）、ストロンチウム（Sr）、トリウム（Th）、チタン（Ti）、タリウム（Tl）、タングステン（W）、イットリウム（Y）、イッテルビウム（Yb）、亜鉛（Zn）、およびジルコニウム（Zr）がある。さらに、MIIは、メチル基（CH3）、エチル基（C2H5）、およびプロピル基（C3H7）などの有機陽イオン種を含んでもよい。
本発明の好ましい態様において、固体の状態の水素化物組成物（すなわち粒状のもの）が水酸化物組成物（すなわち粒状のもの）と固体状態の反応によって反応し、それによってガス状の水素を生成して放出し、また酸化物を含む固体の状態の副生物化合物を生成する。水素化物組成物がMIxHxとして選択され、水酸化物組成物がMIIy(OH)yとして選択されるとき、水素生成反応は下記の反応機構によって進行する：
yMIxHx＋xMIIy(OH)y → xyH2＋(xy/2)MI(2/x)O＋(xy/2)MII(2/y)O
ここで、先に説明したように、ｘはMIの平均の原子価状態であり、ｙはMIIの平均の原子価状態であり、それら平均の原子価状態はそれぞれの化合物の電荷の中性を維持する。従って、水素貯蔵組成物の水素化した状態は、水素化した水素化物と水素化した水酸化物に相当し、そして脱水素化した水素貯蔵組成物は、酸化物を含む１以上の副生物化合物に相当する。MIとMIIがMによって表すことのできる同じ陽イオン種である場合、上記の反応機構は次のように単純化することができることに留意されたい：
MzHz＋Mz(OH)z → zH2＋zM(2/z)O
ここで、zはMの平均の原子価状態を表わし、その平均の原子価状態は化合物の電荷の中性を維持する。
yMIxHx＋xMIIy(OH)y → xyH2＋(xy/2)MI(2/x)O＋(xy/2)MII(2/y)O
ここで、先に説明したように、ｘはMIの平均の原子価状態であり、ｙはMIIの平均の原子価状態であり、それら平均の原子価状態はそれぞれの化合物の電荷の中性を維持する。従って、水素貯蔵組成物の水素化した状態は、水素化した水素化物と水素化した水酸化物に相当し、そして脱水素化した水素貯蔵組成物は、酸化物を含む１以上の副生物化合物に相当する。MIとMIIがMによって表すことのできる同じ陽イオン種である場合、上記の反応機構は次のように単純化することができることに留意されたい：
MzHz＋Mz(OH)z → zH2＋zM(2/z)O
ここで、zはMの平均の原子価状態を表わし、その平均の原子価状態は化合物の電荷の中性を維持する。
本発明によれば、少なくとも一つの副生物組成物は、水酸化物と水素化物の１以上の陽イオン種（すなわちMI、MII、または両者）を有する酸化物を含むことが好ましい。陽イオン種の独立した選択は、反応の化学量論と形成される副生物化合物のタイプを変化させうる。酸化物の副生物化合物MI2/xOとMII2/yO（あるいはMIとMIIが同じ陽イオンMである場合はM2/zO）は、別個の副生物化合物を形成するか、および／または、それらに分解するのに熱力学的に有利であるかもしれない、ということに留意されたい。さらに、特定の反応物質およびその反応物質の化学量論を用いると、そのような酸化物の副生物化合物は、例えばより高次の複合水素化物をも含むかもしれないが、これについては後にもっと詳しく説明する。これらのさらなる副生物は一次副生物と概ね同じ成分から形成されるが、しかし、含まれる陽イオン種に応じて、それらは異なる原子価状態、原子比率、あるいは化学量論を有していて、このことは当業者の間で認められている。
本発明の特定の好ましい態様において、水素貯蔵組成物は、水素化リチウム（LiH）、水素化ナトリウム（NaH）、水素化カリウム（KH）、水素化ベリリウム（BeH2）、水素化マグネシウム（MgH2）、水素化カルシウム（CaH2）、水素化ストロンチウム（SrH2）、水素化チタン（TiH2）、水素化アルミニウム（AlH3）、水素化ホウ素（BH3）、およびこれらの混合からなる群から選択される水素化物を含む。特に好ましい水素化物組成物はLiHまたはNaHを含む。
本発明の別の好ましい態様において、水素貯蔵組成物は、ホウ水素化リチウム（LiBH4）、ホウ水素化ナトリウム（NaBH4）、ホウ水素化マグネシウム（Mg(BH4)2）、ホウ水素化カルシウム（Ca(BH4)2）、リチウムアラナート（LiAlH4）、ナトリウムアラナート（NaAlH4）、マグネシウムアラナート（Mg(AlH4)2）、カルシウムアラナート（Ca(AlH4)2）、およびこれらの混合からなる群から選択される複合水素化物である水素化物を含む。特に好ましい複合水素化物は、ホウ水素化リチウム（LiBH4）、ホウ水素化ナトリウム（NaBH4）、リチウムアラナート（LiAlH4）、およびナトリウムアラナート（NaAlH4）を含む。
さらに、本発明の他の好ましい態様は、水酸化リチウム（LiOH）、水酸化ナトリウム（NaOH）、水酸化カリウム（KOH）、水酸化ベリリウム（Be(OH)2）、水酸化マグネシウム（Mg(OH)2）、水酸化カルシウム（Ca(OH)2）、水酸化ストロンチウム（Sr(OH)2）、水酸化チタン（Ti(OH)2）、水酸化アルミニウム（Al(OH)3）、水酸化ホウ素（B(OH)3）（これはホウ酸としても知られていて、より慣例的には（H3BO3）として表される）、およびこれらの混合からなる群から選択される水酸化物組成物を含む。特に好ましい水酸化物化合物はLiOHおよびNaOHを含む。
従って、本発明の一つの好ましい態様によれば、水素生成反応は、LiHを含む水素化物をLiOHを含む水酸化物と反応させることによって行われる。その反応は下記の反応機構に従って進行する：
LiH＋LiOH → Li2O＋H2
この反応は、材料を基準として理論上６.２５重量％の水素を生成する。
LiH＋LiOH → Li2O＋H2
この反応は、材料を基準として理論上６.２５重量％の水素を生成する。
本発明の別の好ましい態様において、水素生成反応は、NaHを含む水素化物をLiOHを含む水酸化物と反応させることによって生じる。この反応についての反応機構は下記のように表すことができる：
NaH＋LiOH → 1/2Li2O＋1/2Na2O＋H2
この反応は、材料を基準として理論上４.１重量％の水素を生成する。副生物化合物は一般的にLi2OおよびNa2Oとして表されるが、しかし反応が起こる条件によっては混合した金属酸化物または部分的に混合した金属酸化物が形成されるかもしれず、このことは熱力学的に好ましいかもしれない、ということに留意されたい。従って、例えば、副生物組成物は、副生物として形成される混合した陽イオン酸化物（MIxMIIy 2/x+yO）を含む酸化物組成物を含むかもしれず、ここで、ｘとｙはそれぞれMIとMIIの平均の原子価状態であり、それらの平均の原子価状態は化合物の電荷の中性を維持する。このような場合、上記の反応は副生物化合物としてLiNaOを形成するかもしれない。混合した陽イオン酸化物の副生物化合物は、反応の熱力学に応じて、完全な酸化物生成物であるかもしれず、あるいは単一陽イオンの酸化物との混合であって複数の別個の酸化物の副生物化合物になるかもしれない。
NaH＋LiOH → 1/2Li2O＋1/2Na2O＋H2
この反応は、材料を基準として理論上４.１重量％の水素を生成する。副生物化合物は一般的にLi2OおよびNa2Oとして表されるが、しかし反応が起こる条件によっては混合した金属酸化物または部分的に混合した金属酸化物が形成されるかもしれず、このことは熱力学的に好ましいかもしれない、ということに留意されたい。従って、例えば、副生物組成物は、副生物として形成される混合した陽イオン酸化物（MIxMIIy 2/x+yO）を含む酸化物組成物を含むかもしれず、ここで、ｘとｙはそれぞれMIとMIIの平均の原子価状態であり、それらの平均の原子価状態は化合物の電荷の中性を維持する。このような場合、上記の反応は副生物化合物としてLiNaOを形成するかもしれない。混合した陽イオン酸化物の副生物化合物は、反応の熱力学に応じて、完全な酸化物生成物であるかもしれず、あるいは単一陽イオンの酸化物との混合であって複数の別個の酸化物の副生物化合物になるかもしれない。
本発明の特定の好ましい態様において、水素化物と水酸化物から水素を生成するための反応機構は可逆的である。「可逆的（reversible）」ということは、出発材料である水酸化物または水素化物の種は、経済的および工業的に有用かつ実施可能であるような温度と圧力の条件において再生される、ということを意味する。特に、好ましい「可逆的」反応は、１以上の副生物化合物が水素に触れることによって、出発材料である水酸化物または水素化物の種が再生するような反応を含む。同様に、「非可逆的反応（non-reversible reaction）」とは一般に、反応機構の経路によって不可逆的である反応と、出発材料である水素化物または水酸化物の種が水素と触れることによる再生が、過度の温度や過度の圧力または扱いにくい生成物の取り出しなど、広範囲で実際的な使用を妨げるような実施不可能な処理条件において実施されるような反応の両者に適用される。本発明に従う吸熱を伴う水素形成反応は一般に、望ましい温度と圧力の条件において可逆的である。
本発明の一面は、水素を貯蔵しそれに続いて放出する系についての総体的なエネルギー要件の低減である。水素貯蔵材料系に関連する総体的なエンタルピーの変化を最少にすることは、結果的に燃料電池系の総体的な効率の改善をもたらす。総体的なエンタルピー変化が増大すると、熱伝達系を管理するための要件（加熱と冷却の操作のための要件）も増大する。特に、燃料電池を含む可動ユニット（例えば車両や電子デバイス）における加熱系と冷却系を最小にすることは非常に有利である。というのは、追加の系は寄生的なエネルギーを引き起こし、そして可動ユニットの総体的な重量を増大させ、それによって重量効率を低下させるからである。
水素貯蔵系における総体的なエンタルピーの変化を最少にすることの他の利点は、起動時およびその他の短期的な条件（例えば低負荷条件）の間にしばしば現実化する。というのは、そのようなときには、他の重要な系の運転からのエネルギーの転換が少ないからである。従って、本発明の一面は、水素貯蔵材料の生成と再生の両者に必要な総体的なエネルギーを最少にすることである。本発明の好ましい態様において、水素の生成と再チャージのために必要なエネルギーは比較的少なく、そして先行技術の水素貯蔵系のエネルギー要件と比較して非常に改善されている。
先に説明したように、本発明の一つの好ましい態様は、水素貯蔵組成物を含み、それにおいて水素化物は水素化リチウムLiHであり、水酸化物は水酸化リチウムLiOHであり、これらは互いに反応してLi2OとH2を形成する。この水素生成反応についての反応エンタルピー（ΔHr）は、それぞれの化合物について標準生成熱（ΔHf）に基づいて計算された結果、理論上のΔHrは−２３.３kJ/mol-H2となった。このΔHrは発熱反応を示し、比較的低いエンタルピーである（従って低レベルの熱生成である）。燃料電池系に放出される熱の量は、最少にすることが望ましい。というのは、より大きなエンタルピーはより多くの量の放射熱を生じさせ、これは、特に高温にさらされると特定の部品（例えば、制御回路や膜交換集成部品（MEA））が劣化する可能性のある燃料電池系における環境のような、周囲の環境へのダメージを防ぐために冷却システムによって制御しなければならないからである。反応のエンタルピーが増大すると、熱伝達系のサイズと複雑さは非常に大きくなる。さらに、反応熱が大きくなると制御しにくくなる可能性があり、また反応が完了する前に停止することがしばしば不可能になる。従って、本態様は、水素生成反応のために反応の比較的低い発熱を提供する。発熱の水素生成反応は、水素を発生させるための燃料電池系からの外部エネルギーの持続した投入を必要としない、という利点を有する（ただし、反応を開始させるのに必要な全ての活性化エネルギーは別として。これについては後にもっと詳しく説明する）。水素発生反応によって放出される熱は、熱伝達系によって散逸されるのが好ましい。というのは、反応の間に貯蔵材料を一定の温度に維持するのが好ましいからである。しかし、本態様は広範な冷却システムを必要とせず、そしてさらに、反応が進行するときにその反応に対する良好な制御を提供する。
本発明に従う他の好ましい態様は、発熱の水素生成反応を有し、そして水素化物組成物MIxHxと水酸化物組成物MIIy(OH)yの間の反応を含み、ここでMIとMIIはAl、B、Be、Ca、Mg、Sr、およびTiからなる群から選択される同じ陽イオン種であるように選択される。これらの反応は前の態様よりも高い反応エンタルピーΔHrを有し、例えば次の反応を含む。水素化物がMgH2であるように選択され、そして水酸化物がMg(OH)2であるように選択される場合、反応は次のように表すことができる：
MgH2＋Mg(OH)2 → MgO＋2H2
これは、−１０１.３kJ/mol-H2のΔHrおよび４.７wt.％の理論上の水素生成量を有する。水素化物がAlH3であるように選択され、そして水酸化物がAl(OH)3であるように選択される場合、反応は次のように表すことができる：
AlH3＋Al(OH)3 → Al2O3＋3H2
これは、−１２９.３kJ/mol-H2のΔHrおよび５.５wt.％の理論上の水素生成量を有する。水素化物がCaH2であるように選択され、そして水酸化物がCa(OH)2であるように選択される場合、反応は次のように表すことができる：
CaH2＋Ca(OH)2 → CaO＋2H2
これは、−５３.７kJ/mol-H2のΔHrおよび３.４wt.％の理論上の水素生成量を有する。水素化物がSrH2であるように選択され、そして水酸化物がSr(OH)2であるように選択される場合、反応は次のように表すことができる：
SrH2＋Sr(OH)2 → SrO＋2H2
これは、−１７.７kJ/mol-H2のΔHrおよび１.９wt.％の理論上の水素生成量を有する。水素化物がBH3であるように選択され、そして水酸化物がB(OH)3であるように選択される場合、反応は次のように表すことができる：
BH3＋B(OH)3 → B2O3＋3H2
これは、−９４.９kJ/mol-H2のΔHrおよび７.９wt.％の理論上の水素生成量を有する。水素化物がBeH2であるように選択され、そして水酸化物がBe(OH)2であるように選択される場合、反応は次のように表すことができる：
BeH2＋Be(OH)2 → BeO＋2H2
これは、−１４７.４kJ/mol-H2のΔHrおよび７.４wt.％の理論上の水素生成量を有する。
MgH2＋Mg(OH)2 → MgO＋2H2
これは、−１０１.３kJ/mol-H2のΔHrおよび４.７wt.％の理論上の水素生成量を有する。水素化物がAlH3であるように選択され、そして水酸化物がAl(OH)3であるように選択される場合、反応は次のように表すことができる：
AlH3＋Al(OH)3 → Al2O3＋3H2
これは、−１２９.３kJ/mol-H2のΔHrおよび５.５wt.％の理論上の水素生成量を有する。水素化物がCaH2であるように選択され、そして水酸化物がCa(OH)2であるように選択される場合、反応は次のように表すことができる：
CaH2＋Ca(OH)2 → CaO＋2H2
これは、−５３.７kJ/mol-H2のΔHrおよび３.４wt.％の理論上の水素生成量を有する。水素化物がSrH2であるように選択され、そして水酸化物がSr(OH)2であるように選択される場合、反応は次のように表すことができる：
SrH2＋Sr(OH)2 → SrO＋2H2
これは、−１７.７kJ/mol-H2のΔHrおよび１.９wt.％の理論上の水素生成量を有する。水素化物がBH3であるように選択され、そして水酸化物がB(OH)3であるように選択される場合、反応は次のように表すことができる：
BH3＋B(OH)3 → B2O3＋3H2
これは、−９４.９kJ/mol-H2のΔHrおよび７.９wt.％の理論上の水素生成量を有する。水素化物がBeH2であるように選択され、そして水酸化物がBe(OH)2であるように選択される場合、反応は次のように表すことができる：
BeH2＋Be(OH)2 → BeO＋2H2
これは、−１４７.４kJ/mol-H2のΔHrおよび７.４wt.％の理論上の水素生成量を有する。
本発明に従うさらなる発熱の水素生成反応は、水素化リチウム（LiH）を水酸化ホウ素（B(OH)3）（これは、より一般的にはホウ酸として知られていて、H3BO3として表される）と反応させることを含み、これは特定の圧力、温度、およびその他の反応条件下で下記の反応機構によって進行する：
3LiH＋H3BO3 → LiBO2＋Li2O＋3H2
これは、−８４.２kJ/mol-H2のΔHrおよび６.９wt.％の理論上の水素生成量を有する。異なる圧力、温度、およびその他の反応条件下で、これらの同じ反応物質は下記の反応機構に従って進行することがあり、このとき酸化物生成物は上記の二つの酸化物生成物（すなわちLiBO2とLi2O）とは異なり、そして単一の複合した、より高次の酸化物生成物（Li3BO3）を形成する：
3LiH＋H3BO3 → Li3BO3＋3H2
これは同様に、−８４.２kJ/mol-H2のΔHrおよび６.９wt.％の理論上の水素生成量を有する。
3LiH＋H3BO3 → LiBO2＋Li2O＋3H2
これは、−８４.２kJ/mol-H2のΔHrおよび６.９wt.％の理論上の水素生成量を有する。異なる圧力、温度、およびその他の反応条件下で、これらの同じ反応物質は下記の反応機構に従って進行することがあり、このとき酸化物生成物は上記の二つの酸化物生成物（すなわちLiBO2とLi2O）とは異なり、そして単一の複合した、より高次の酸化物生成物（Li3BO3）を形成する：
3LiH＋H3BO3 → Li3BO3＋3H2
これは同様に、−８４.２kJ/mol-H2のΔHrおよび６.９wt.％の理論上の水素生成量を有する。
本発明のさらに好ましい別の態様は、水素化物組成物がMIxHxであって水酸化物がMIIy(OH)yの場合であり、このとき水素化物は複合水素化物M’a d(M’’bHc)-d であり、M’ がリチウムであるように選択され、そしてM” がホウ素であるように選択される場合、反応は発熱性であり、下記の反応を含む。第一の水素生成反応は次のように生じる：
LiBH4＋4LiOH → LiBO2＋2Li2O＋4H2
このとき、理論上６.８重量％の水素が生成し、そしてこの反応は−２２kJ/mol-H2のΔHrを有する。複合水素化物を伴う第二の水素生成反応は、M’ がナトリウムであってM” がホウ素である場合であって、次の反応を含む：
NaBH4＋2Mg(OH)2 → NaBO2＋2MgO＋4H2
これは、理論上５.２重量％の水素および−３４kJ/mol-H2のΔHrを生成する。
LiBH4＋4LiOH → LiBO2＋2Li2O＋4H2
このとき、理論上６.８重量％の水素が生成し、そしてこの反応は−２２kJ/mol-H2のΔHrを有する。複合水素化物を伴う第二の水素生成反応は、M’ がナトリウムであってM” がホウ素である場合であって、次の反応を含む：
NaBH4＋2Mg(OH)2 → NaBO2＋2MgO＋4H2
これは、理論上５.２重量％の水素および−３４kJ/mol-H2のΔHrを生成する。
先に説明した本発明の別の好ましい態様は、水素化物が水素化ナトリウム（NaH）で水酸化物が水酸化リチウム（LiOH）である場合である。計算された反応熱（ΔHr）は、＋９.７kJ/mol-H2であり、これは吸熱反応であることを示し、比較的小さい。従って、この水素貯蔵材料系を用いて水素を生成するのには、水素生成反応の全体を通してほんのわずかな加熱を要するであろう。しかし、発生する熱の全体的な量は比較的少ないので、この態様は特定の用途については好ましい。水素生成反応の吸熱性は、発熱の再チャージ反応を許容する。
特定の用途においては、この水素貯蔵材料組成物は、比較的低い温度と圧力の条件において再生反応が概ね可逆的であるために、好ましいかもしれない。例えば、酸化物を含む副生物材料についての予測された平衡圧力は５０℃において約１バールであり、従ってこの平衡圧力よりも高く加圧された水素にさらされると、この材料は水素を吸収してこれと反応し、水素化物と水酸化物の種：NaHとLiOH（そして好ましくは両者）を再生するだろう。副生物組成物が混合した陽イオンの酸化物（LiNaO）を含む状況において、再生された水素化物と水酸化物の種はまた、出発材料組成物とは異なる水素化物と水酸化物の種（例えばNaOH、LiH）、または混合した陽イオンの水素化物と水酸化物（例えばLiNa(OH)2）をも含むかもしれない、ということに留意されたい。当業者によって認められているように、ある材料が再チャージされて水酸化物と水素化物の種を含む別の出発材料を形成するとき、水素生成反応の熱力学が変化することがあり、そのために反応熱も同様に変化することがある。比較的低い温度と圧力において水素貯蔵材料が水素で再チャージされる可能性は、本態様および同様の性質を伴う態様を、離れた施設でさらに処理して反応を行わせる必要性を省いて使用時点で（例えば内蔵した形で）水素貯蔵材料を再生することができるような、可動ユニットのために望ましいものにする。
本発明に従う他の好ましい態様は、水素発生反応が吸熱性であって、MIとMIIがそれぞれナトリウムであるように選択されて、水素生成反応が次の反応機構に従って進行する態様を含む場合である：
NaH＋NaOH → Na2O＋H2
これは理論上３.１重量％の水素生成量を有する。理論上の反応エンタルピーΔHrは＋６７.４kJ/mol-H2である。本態様も同様に可動ユニットのための内蔵型の再生のために有用であり、４７５℃において１バールの予測の平衡圧力を有する。別の好ましい態様は、MIとMIIがカリウムであるように選択されて、次の反応機構に従って進行する場合である：
KH＋KOH → K2O＋H2
このとき理論上の水素生成量は２.１重量％である。水酸化カリウムと水素化カリウムの水素生成反応についての理論上の反応エンタルピーΔHrは＋１１９.７kJ/mol-H2である。
NaH＋NaOH → Na2O＋H2
これは理論上３.１重量％の水素生成量を有する。理論上の反応エンタルピーΔHrは＋６７.４kJ/mol-H2である。本態様も同様に可動ユニットのための内蔵型の再生のために有用であり、４７５℃において１バールの予測の平衡圧力を有する。別の好ましい態様は、MIとMIIがカリウムであるように選択されて、次の反応機構に従って進行する場合である：
KH＋KOH → K2O＋H2
このとき理論上の水素生成量は２.１重量％である。水酸化カリウムと水素化カリウムの水素生成反応についての理論上の反応エンタルピーΔHrは＋１１９.７kJ/mol-H2である。
本発明のさらに好ましい別の態様は、水素生成反応が発熱性である場合、水素化物組成物はMIxHxであって水酸化物はMIIy(OH)yであり、水素化物が複合水素化物(すなわち
M’a d(M’’bHc)-d 、例えばNaBH4で、このときM’ はNaであり、M” はB)であるように選択されて、反応が吸熱性である場合、下記の典型的な反応を含む：
NaBH4＋4NaOH → NaBO2＋2Na2O＋4H2
このとき、理論上４.０重量％および＋２１kJ/mol-H2を生成する。
M’a d(M’’bHc)-d 、例えばNaBH4で、このときM’ はNaであり、M” はB)であるように選択されて、反応が吸熱性である場合、下記の典型的な反応を含む：
NaBH4＋4NaOH → NaBO2＋2Na2O＋4H2
このとき、理論上４.０重量％および＋２１kJ/mol-H2を生成する。
本発明の別の好ましい態様は、出発材料の反応物質である水素化物と水酸化物の化学量論が変化して、より高次の複合酸化物生成物が生成する場合を含む。すなわち、例えば、複合水素化物（例えば、ホウ水素化リチウム（LiBH4））が水酸化物（例えば、水酸化ホウ素B(OH)3（すなわち、ホウ酸（H3BO3））と反応して、下記の反応機構に従って、より高次の複合酸化物化合物が形成する：
3LiBH4＋4H3BO3 → Li3B7O12＋12H2
これは、複合した高次の酸化物化合物Li3B7O12および理論上７.６wt.％の水素を生成する。
3LiBH4＋4H3BO3 → Li3B7O12＋12H2
これは、複合した高次の酸化物化合物Li3B7O12および理論上７.６wt.％の水素を生成する。
さらに別の好ましい態様は、MIIがメチル基、エチル基、およびプロピル基などの比較的低分子量の有機基である場合の水酸化物を含む。そのような水素生成反応の一例は、水素化物組成物が水素化リチウム（LiH）であるように選択され、そして水酸化物組成物がメタノール（CH3OH）であるように選択されて、下記のアルコーリシス機構に従って反応が進行する場合である：
LiH＋CH3OH → LiOCH3＋H2
当業者であれば認めるはずであるが、水素化物と水酸化物の組み合わせのあらゆる数の変形が本発明によって考えられ、またMIとMIIの選択のあらゆる数の組み合わせが含まれるであろう。さらに、水酸化物組成物または水素化物組成物は、水酸化物化合物または水素化物化合物の混合物を含んでいてもよい。例えば、水酸化物組成物は、水素化物組成物と反応させるための互いに混合した複数の異なる水酸化物化合物（例えばLiOH、NaOH）を含んでいてもよい。すなわち、上で開示した態様は、本発明の全体の水素貯蔵材料組成物において有用な広範囲の種の単なる例示である。
LiH＋CH3OH → LiOCH3＋H2
当業者であれば認めるはずであるが、水素化物と水酸化物の組み合わせのあらゆる数の変形が本発明によって考えられ、またMIとMIIの選択のあらゆる数の組み合わせが含まれるであろう。さらに、水酸化物組成物または水素化物組成物は、水酸化物化合物または水素化物化合物の混合物を含んでいてもよい。例えば、水酸化物組成物は、水素化物組成物と反応させるための互いに混合した複数の異なる水酸化物化合物（例えばLiOH、NaOH）を含んでいてもよい。すなわち、上で開示した態様は、本発明の全体の水素貯蔵材料組成物において有用な広範囲の種の単なる例示である。
本発明の別の好ましい態様は、水素化物と反応する水和水酸化物を含む水酸化物組成物を提供する。多くの水酸化物化合物は、それらのハイドロスコープ的な特質（hydroscopic nature）のために水和化合物を容易に形成する。水和水酸化物化合物は水酸化物化合物の少なくとも一部を含む（すなわち、出発材料である水酸化物は非水和水酸化物と水和水酸化物の混合物である）か、あるいは別の態様においては、水和水酸化物は全てが水酸化物組成物の出発材料を含むのが好ましい。水和水酸化物は、水素の含量が増大すると、水素貯蔵材料の中に貯蔵された水素の密度を増大させるが、しかし同様に、その材料の重量も増大し、またおそらくは、放出される熱も増大する。水和水酸化物化合物から放出される熱は、特定の吸熱反応系を相殺するのに有益であるかもしれず、それによって全体のエンタルピーと反応熱は低減されるだろう。
いかなる特定の理論によっても拘束されることを望まないが、水酸化物に付着した水和水は、最初の発熱性の開始反応において水素化物の一部と反応し、これにより熱と水酸化物が生成する、と理論づけられる。水素化物の残りの部分（このときこれは脱水されている）は、水素生成反応において水酸化物と反応するのに利用される。すなわち、出発材料の組成物は水素化物MIxHxと水和水酸化物MIIy(OH)y・wH2Oを含み、ここでｙは水酸化物化合物の電荷の中性を維持するためのMIIの平均の原子価状態を表わし、そしてｗは水の理論量（stoichiometric amount）を表わす。水素化物の第一の部分は水和水と反応して、それによって、それを囲む出発材料に熱を与え、そして水酸化物生成物を形成する。水素化物の残りの部分は、最初の反応から新たに形成された生成物と出発材料において与えられた最初の水酸化物とを含んでいる水酸化物と反応する。従って、水酸化物が脱水される態様と比較して、水酸化物が水和する態様においては、反応熱はもっと発熱性である。
その反応は下記のように進行する：
(y+2w)MIxHx＋xMIIy(OH)y・wH2O→[x(y+2w)/2]M2/xO＋(xy/2)MII2/yO＋[x(y+2w)/2]H2
ここで、前に説明したように、ｘはMIの平均の原子価状態であり、ｙはMIIの平均の原子価状態であり、平均の原子価状態は化合物の電荷の中性を維持し、そしてｗは水和水酸化物化合物中に存在する水の理論量である。
(y+2w)MIxHx＋xMIIy(OH)y・wH2O→[x(y+2w)/2]M2/xO＋(xy/2)MII2/yO＋[x(y+2w)/2]H2
ここで、前に説明したように、ｘはMIの平均の原子価状態であり、ｙはMIIの平均の原子価状態であり、平均の原子価状態は化合物の電荷の中性を維持し、そしてｗは水和水酸化物化合物中に存在する水の理論量である。
本態様についての好ましい水素化物組成物は、前の態様で先に説明したものと同じである。特に好ましい水素化物化合物は、LiH、LiBH4、NaBH4、MgH2、NaH、およびこれらの混合を含む。好ましい水和水酸化物化合物は、主として、上の非水和水酸化物の態様で説明したものと同じ陽イオン種を含み、それには、アルミニウム（Al）、ヒ素（As）、ホウ素（B）、バリウム（Ba）、ベリリウム（Be）、カルシウム（Ca）、カドミウム（Cd）、セリウム（Ce）、セシウム（Cs）、銅（Cu）、ユーロピウム（Eu）、鉄（Fe）、ガリウム（Ga）、ガドリニウム（Gd）、ゲルマニウム（Ge）、ハフニウム（Hf）、水銀（Hg）、インジウム（In）、カリウム（K）、ランタン（La）、リチウム（Li）、マグネシウム（Mg）、マンガン（Mn）、ナトリウム（Na）、ネオジム（Nd）、ニッケル（Ni）、鉛（Pd）、プラセオジム（Pr）、ルビジウム（Rb）、アンチモン（Sb）、スカンジウム（Sc）、セレン（Se）、ケイ素（Si）、サマリウム（Sm）、スズ（Sn）、ストロンチウム（Sr）、トリウム（Th）、チタン（Ti）、タリウム（Tl）、タングステン（W）、イットリウム（Y）、イッテルビウム（Yb）、亜鉛（Zn）、ジルコニウム（Zr）、およびこれらの混合がある。
本発明に従う好ましい水和水酸化物化合物としては、例を挙げれば、Ba(OH)2・3H2O、Ba(OH)2・H2O、KOH・H2O、NaOH・H2Oがある。特に好ましい水和水酸化物化合物としてはLiOH・H2OおよびNaOH・H2Oがある。水和水酸化物はまた、複合の陽イオン種を含む複合陽イオン水和水酸化物化合物を形成するかもしれず、例えばMIIは二つの陽イオン種を含む。そのような複合陽イオン水和水酸化物化合物の例としてはLiAl2(OH)7・2H2OおよびMg6Al2(OH)18・4H2Oがある。水和化合物中の水の量は、水酸化物化合物およびその水和に対する性質に依存して、一つよりも多い水の分子を含むかもしれない（すなわち水の数量比率（stoichiometric ratio）ｗは変化するかもしれない）、ということに留意されたい。本発明ではさらに、水和水酸化物化合物の混合物も意図されている（前に説明した、水和水酸化物化合物と非水和水酸化物化合物の混合物を有する別の態様も同様である）。
本態様に従う特定の好ましい反応は、水和水酸化物化合物が水素化物化合物と反応する場合の反応を含む。下記の非限定的な例は、水素化物組成物がMIxHxで水和水酸化物がMIIy(OH)y・zH2Oによって表され、そしてMIIがリチウムであるように選択される場合である：
3LiH＋LiOH・H2O → 2Li2O＋3H2
これは理論上９.０重量％および−４５.２kJ/mol-H2のΔHrを生成する。本態様に従う別の反応は次の場合である：
3MgH2＋2LiOH・H2O → 3MgO＋Li2O＋6H2
これは理論上７.４重量％および−９９kJ/mol-H2のΔHrを生成する。水和水酸化物を伴うさらに別の反応は次の通りである：
6NaH＋2LiOH・H2O → 3Na2O＋Li2O＋6H2
これは理論上５.３重量％および＋１１kJ/mol-H2のΔHrを生成する。さらに別の反応は：
3LiBH4＋4LiOH・H2O → 3LiBO2＋2Li2O＋12H2
これは理論上１０.２重量％および−４３.５kJ/mol-H2の発熱のΔHrを生成する。
3LiH＋LiOH・H2O → 2Li2O＋3H2
これは理論上９.０重量％および−４５.２kJ/mol-H2のΔHrを生成する。本態様に従う別の反応は次の場合である：
3MgH2＋2LiOH・H2O → 3MgO＋Li2O＋6H2
これは理論上７.４重量％および−９９kJ/mol-H2のΔHrを生成する。水和水酸化物を伴うさらに別の反応は次の通りである：
6NaH＋2LiOH・H2O → 3Na2O＋Li2O＋6H2
これは理論上５.３重量％および＋１１kJ/mol-H2のΔHrを生成する。さらに別の反応は：
3LiBH4＋4LiOH・H2O → 3LiBO2＋2Li2O＋12H2
これは理論上１０.２重量％および−４３.５kJ/mol-H2の発熱のΔHrを生成する。
同様の例の反応は、ナトリウムであるように選択されたMIIを水和水酸化物が含む場合であって、次のように進行する：
6LiH＋2NaOH・H2O → 3Li2O＋Na2O＋6H2
これは理論上７.３重量％および−３４.２kJ/mol-H2の発熱のΔHrを生成する。吸熱性である同様の反応は次の通りである：
3NaH＋NaOH・H2O → 2Na2O＋3H2
これは理論上４.６重量％および＋２２.０kJ/mol-H2のΔHrを生成する。別の好ましい発熱反応は次の通りである：
3NaBH4＋4NaOH・H2O → 3NaBO2＋2Na2O＋12H2
これは理論上６.９重量％および−２１.４kJ/mol-H2の発熱のΔHrを生成する。
6LiH＋2NaOH・H2O → 3Li2O＋Na2O＋6H2
これは理論上７.３重量％および−３４.２kJ/mol-H2の発熱のΔHrを生成する。吸熱性である同様の反応は次の通りである：
3NaH＋NaOH・H2O → 2Na2O＋3H2
これは理論上４.６重量％および＋２２.０kJ/mol-H2のΔHrを生成する。別の好ましい発熱反応は次の通りである：
3NaBH4＋4NaOH・H2O → 3NaBO2＋2Na2O＋12H2
これは理論上６.９重量％および−２１.４kJ/mol-H2の発熱のΔHrを生成する。
本発明の別の好ましい態様は、水和水酸化物出発材料と非水和水酸化物出発材料を含む出発材料水酸化物の混合物であって、水素化物と反応して水素と「複合酸化物」を生成するものを意図している。「複合酸化物」とは、前の態様の単純な酸化物と比較して、陽イオン種に対する酸素の原子比率がより高次のものを意味し、このことは当業者によって認められている。そのような反応系は、水素化物に水酸化物を加えた次の反応（第一の水素発生反応）：
yMIxHx＋xMIIy(OH)y → xyH2＋(xy/2)MI(2/x)O＋(xy/2)MII(2/y)O
および、水素化物に水和水酸化物を加えた次の反応（第二の水素発生反応）：
(y+2w)MIxHx＋xMIIy(OH)y・wH2O→[x(y+2w)/2]M2/xO＋(xy/2)MII2/yO＋[x(y+2w)/2]H2
からなる包括的な反応の両者を含む。ここで、水素化物、水酸化物、および水和水酸化物を含む出発反応物質の材料組成物は、第一および第二の水素発生の両者を同時に行うために、いかなる数の割合で化合させてもよい。反応のこのような組み合わせを用いることにより、放出熱の量は、加えられる反応物質の量と、第一および第二の水素生成反応の両者についての対応する反応熱を考慮することによって、設計することができる。一般に、水和水酸化物が水素化物と反応する第二の水素発生反応は、非水和水酸化物が水素化物と反応する第一の水素発生反応よりも発熱性が高い。
yMIxHx＋xMIIy(OH)y → xyH2＋(xy/2)MI(2/x)O＋(xy/2)MII(2/y)O
および、水素化物に水和水酸化物を加えた次の反応（第二の水素発生反応）：
(y+2w)MIxHx＋xMIIy(OH)y・wH2O→[x(y+2w)/2]M2/xO＋(xy/2)MII2/yO＋[x(y+2w)/2]H2
からなる包括的な反応の両者を含む。ここで、水素化物、水酸化物、および水和水酸化物を含む出発反応物質の材料組成物は、第一および第二の水素発生の両者を同時に行うために、いかなる数の割合で化合させてもよい。反応のこのような組み合わせを用いることにより、放出熱の量は、加えられる反応物質の量と、第一および第二の水素生成反応の両者についての対応する反応熱を考慮することによって、設計することができる。一般に、水和水酸化物が水素化物と反応する第二の水素発生反応は、非水和水酸化物が水素化物と反応する第一の水素発生反応よりも発熱性が高い。
従って、上で説明したような反応系は、目標とする全体的な反応熱を生じさせる反応を設計するのに有用な、水和水酸化物と非水和水酸化物の両者についての反応の組み合わせを含む。前に説明したように、本発明の一面は、反応系の総体的なエンタルピーを最少にすることであり、そのことは、選択された量の水和水酸化物を出発材料混合物に加えることによって、さらに制御することができる。さらに、水和水酸化物は単位配合物当り多量の水素を含有するので、出発材料中に存在する多量の水素の故に、水和水酸化物と非水和水酸化物の混合物を、より多くの水素生成を得るために設計することができる。
第一および第二の水素生成反応の両方の水素化物が同じになるように選択されて、水酸化物組成物が水和水酸化物と非水和水酸化物の両者を含んでいて、これら両者が同じ陽イオン種を有している場合、すなわち例えば、水素化物の陽イオン種がリチウムであって（LiH）、水酸化物もリチウムを含む場合（LiOH）、本発明に従えば、結合した反応系の例は、次の単純化された反応機構で表すことができる：
LiBH4＋LiOH＋LiOH・H2O → Li3BO3＋2Li2O＋4H2
これは酸化物（Li2O）と複合酸化物（Li3BO3）および理論上９.０重量％の水素を発生する。さらに別の例、すなわち反応物質が同じであるが、しかし異なる化学量論で与えられる場合、下記の反応によって異なる生成物を生成する：
2LiBH4＋LiOH＋2LiOH・H2O → Li4B2O5＋LiH＋7H2
これは複合酸化物（Li4B2O5）と単純な水素化物（LiH）および理論上９.２重量％の水素を発生する。
LiBH4＋LiOH＋LiOH・H2O → Li3BO3＋2Li2O＋4H2
これは酸化物（Li2O）と複合酸化物（Li3BO3）および理論上９.０重量％の水素を発生する。さらに別の例、すなわち反応物質が同じであるが、しかし異なる化学量論で与えられる場合、下記の反応によって異なる生成物を生成する：
2LiBH4＋LiOH＋2LiOH・H2O → Li4B2O5＋LiH＋7H2
これは複合酸化物（Li4B2O5）と単純な水素化物（LiH）および理論上９.２重量％の水素を発生する。
本発明は、水素以外の陽イオン種を有する水素化物と水酸化物の混合物を提供し、それらの各々は、触媒、高温、またはそれら両者の存在下で、他方のものから水素を放出させるのを促進することによって特徴づけられる。
本発明はまた、水素ガスの供給源を生成する方法を提供し、その方法においては、水素化物と水酸化物を含む水素化した出発材料から水素を遊離させ、このとき、水酸化物は水素以外の１以上の陽イオン種を有し、そして水素化物を水酸化物と反応させることによって、脱水素化生成物と水素ガスを生成させる。特定の好ましい態様において、水素化した出発材料組成物は、脱水素化した生成物（これは好ましくは酸化物組成物を含む）を水素ガスにさらすことによって再生することができる。遊離が進行するとき、水素ガスを燃料電池のための燃料として集めるためと、ある反応系においては反応の進行を促進させるためという両方の目的のために、水素ガスを取り出すのが好ましい。水素の放出を促進するために、出発材料組成物と接触する適当な触媒の存在下で水素ガスの遊離を行うことができる。
本発明の好ましい態様において、水素生成反応は固体状態の反応によって行なわれ、このとき出発材料は粒状である。出発材料の望ましい粒子サイズは、その水素放出性能に関係する。粗大すぎる粒子は、所定の温度における水素放出反応のための時間を長くしてしまう。後でもっと詳しく説明するが、より小さな粒子サイズは、水素化した出発材料の反応物質の間の界面の表面積を増大させることによって、活性化エネルギーの障壁を乗り越えるのに寄与するかもしれない。さらに、水素化した出発材料の反応物質の混合物の反応性を増大させるために、出発材料の反応物質は本質的に均質に混合されるのが好ましい。「本質的に均質に混合される」という言い方は、反応物質の粒子が互いに分離することによって反応速度が著しく抑制されないほどに、異なる出発材料の反応物質が互いに十分に分散されることを意味する。適当な出発材料を形成するために、出発材料の粒子は１００マイクロメートル（μｍ）のオーダーのサイズを有するのが好ましく、これは例えば、１〜１０時間のボールミル粉砕を行なうことによって達成することができる。好ましくは、反応物質の粒子サイズは約１０マイクロメートル未満のオーダーであり、最も好ましくは１マイクロメートル未満である。
実施例１
本実施例は、水素貯蔵材料系においてMIとMIIがリチウムであるように選択される場合の水素貯蔵材料系を例証する。等モル比の水素化リチウム（LiH）と水酸化リチウム（LiOH）が０.２４８ｇのLiHおよび０.７５６ｇのLiOHで秤量され、これらは混合されて、水素化された混合物である水素貯蔵媒体系を形成し、これは下記の反応に従って水素を放出して水素を生成する：
LiH＋LiOH → Li2O＋H2
混合は、標準的なボールミル粉砕法を用いて室温において周囲条件下で６０分で行なわれた。ボールミル粉砕の工程の間に、いくぶんかの水素の発生が認められた。次いで、混合物は、周囲条件下で毎分２℃の割合で３００℃の最高温度まで加熱され、そして改良されたシーベルト（Sievert）装置によって分析され、これにより容積測定のガス吸収量が測定され、そして重量パーセントに変換された。
本実施例は、水素貯蔵材料系においてMIとMIIがリチウムであるように選択される場合の水素貯蔵材料系を例証する。等モル比の水素化リチウム（LiH）と水酸化リチウム（LiOH）が０.２４８ｇのLiHおよび０.７５６ｇのLiOHで秤量され、これらは混合されて、水素化された混合物である水素貯蔵媒体系を形成し、これは下記の反応に従って水素を放出して水素を生成する：
LiH＋LiOH → Li2O＋H2
混合は、標準的なボールミル粉砕法を用いて室温において周囲条件下で６０分で行なわれた。ボールミル粉砕の工程の間に、いくぶんかの水素の発生が認められた。次いで、混合物は、周囲条件下で毎分２℃の割合で３００℃の最高温度まで加熱され、そして改良されたシーベルト（Sievert）装置によって分析され、これにより容積測定のガス吸収量が測定され、そして重量パーセントに変換された。
この分析は図１に示され、これにおいて、合計で５.３重量％が発生した（発生した水素に起因する理論上の６.２５重量％と、ボールミル粉砕の工程の間に失われた分と出発材料中の不純物に起因する分のいずれかとの間の差について）。グラフから、水素の発生は約８０℃で始まり、約１７０℃で加速することが明らかである。
実施例２
水素貯蔵材料系は実施例１におけるものと同じである。等モル比の水酸化リチウム（LiOH）と水素化リチウム（LiH）が０.２４９ｇのLiHおよび０.７４９ｇのLiOHの測定量で混合され、そして実施例１に記載したのと同じボールミル粉砕法を用いて機械的に粉砕された。ただし、混合物はもっと短い時間の１２分で粉砕された。
水素貯蔵材料系は実施例１におけるものと同じである。等モル比の水酸化リチウム（LiOH）と水素化リチウム（LiH）が０.２４９ｇのLiHおよび０.７４９ｇのLiOHの測定量で混合され、そして実施例１に記載したのと同じボールミル粉砕法を用いて機械的に粉砕された。ただし、混合物はもっと短い時間の１２分で粉砕された。
実施例３
上の実施例２と同様に、水素化物が水素化リチウム（LiH）で水酸化物が水酸化リチウム（LiOH）である水素貯蔵材料系が、塩化チタンTiCl3の触媒の存在下で反応に供された。等モル比の水素化リチウム（LiH）と水酸化リチウム（LiOH）が０.２０１ｇのLiHおよび０.６１１ｇのLiOHで秤量されて、互いに混合された。さらに、触媒が、１０モル％で０.３８５ｇのTiCl3として秤量されて、粉砕工程の間に添加され、次いで混合物の全体が１２分間粉砕された。
上の実施例２と同様に、水素化物が水素化リチウム（LiH）で水酸化物が水酸化リチウム（LiOH）である水素貯蔵材料系が、塩化チタンTiCl3の触媒の存在下で反応に供された。等モル比の水素化リチウム（LiH）と水酸化リチウム（LiOH）が０.２０１ｇのLiHおよび０.６１１ｇのLiOHで秤量されて、互いに混合された。さらに、触媒が、１０モル％で０.３８５ｇのTiCl3として秤量されて、粉砕工程の間に添加され、次いで混合物の全体が１２分間粉砕された。
実施例２と３から得られた試料が、改良されたシーベルト分析に供され、このとき熱が段階的に上昇させて加えられた。第一の加熱ステップで１００℃の温度に達し（Ａ点）、第二のステップで２００℃まで上昇し（Ｂ点）、次いで最終ステップで２５０℃に達した（Ｃ点）。データから観察することができるように、触媒の無い実施例２からの試料について、水素の発生は約８０℃で開始した。第一ステップを通して温度が１００℃で一定に維持されたとき、実施例２の試料における水素の発生速度はゆっくりしていて、約０.７重量％に達したにすぎない。温度が次のステップの２００℃に増大すると、発生する水素の量は増大したが、しかし試料が２００℃に維持されると、水素の発生速度は遅くなった。試料の温度を再び２５０℃の間隔まで上昇させると、同様の挙動が観察され、このとき水素の生成は一定の温度において遅くなった。２５０℃に増大した後、５.７wt.％の水素が発生した。この量は、理論上の水素の量である６.２５wt.％および実施例１における量と近似していて、これは、粉砕工程の間に発生したかもしくは失われた水素の量が少ないことに起因する。
図２に示すデータは、約８０℃において起こる発熱反応について活性化エネルギーの障壁が存在することを示唆し、このとき水素の放出が開始する。このデータから観察することができるように、水素発生反応の間の触媒の存在は、水素の放出を著しく加速する。例えば、１００℃において、実施例２で触媒を添加せずに調製した混合物については約０.７wt.％の水素が生成したにすぎないが、一方、１０モル％の触媒を添加した実施例３の混合物については１００℃において約２.７wt.％の水素が生成した。実施例３の試料において生成した水素の量が全体的に少ないのは、おそらく粉砕工程の間の水素の早すぎる生成に起因する。
実施例１と２の両者における水素貯蔵材料系の挙動は、水素生成反応が動力学的に制限されることを示す。触媒が添加された実施例３からの試料は、比較的低い温度において触媒が多くの水素の放出を促進することを例証する。水素化リチウムと水酸化リチウムの系における水素生成反応は発熱性であるという事実のために、その熱力学的平衡状態は室温においてほぼ完全な反応に相当する。また、水素貯蔵材料混合物の中で反応が起きている場所に蓄積する生成物（例えば、固相の副生物である酸化物組成物または水素ガス）は、貯蔵材料からの水素の完全な放出を抑制するかもしれない、といえる。活性化エネルギーの障壁と生成物の蓄積による抑制という両方の問題を、当業者によって認められている様々な方法によって処理することによって、水素が完全に放出される方向に反応を進めることができる。
例えば、前に説明したように、固体の反応物質粒子を微細なスケールで本質的に均質な混合物として混合することによって、水素貯蔵組成物からのより多くの水素の放出が促進される。また、あらゆる開始エネルギーまたは活性化エネルギーの障壁を克服することによって、反応を促進して、それを完了させる方向に進めるために、適当な触媒（例えば実施例３におけるTiCl3）を選択することができるだろう。本発明で用いるのに適した代表的な触媒としては、例えば、Ti、V、Cr、C、Fe、Mn、Ni、Si、Al、Nb、Pd、およびこれらの混合からなる群から選択される元素を含む化合物がある。そのような触媒化合物は、元素状で選択してもよいし、あるいは、例えば水素化物、ハロゲン化物、酸化物、または窒化物の化合物を含んでいてもよい。そのような触媒化合物の非限定的なリストとしては、例えばTiCl3、TiO2、TiN、V2O5、SiO2、Nb2O5、およびAl2O3がある。
さらに、反応が進行しているときに、生成物を取り出してもよい。例えば、水素ガスを容易に取り出すことができるであろうし、また水素貯蔵材料中の固相の酸化物組成物の蓄積を処理するために、当業者によって知られている固体−固体分離の方法を用いてもよい。さらに、後にもっと詳しく説明するが、本発明の一つの好ましい態様においては、水素生成反応の活性化エネルギーの障壁を克服するために第二の発熱反応からの熱を供給することによって、水素生成反応を開始させる。この発熱の開始反応は、後続の水素発生反応を互いに開始させるのに十分な量で、固体状態の反応物質に熱を渡す。
実施例４
実施例４において、混合した陽イオンの水素貯蔵材料系が用意され、このとき、MIはナトリウムであるように選択され、そしてMIIはリチウムであるように選択された。等モル比の水素化ナトリウム（NaH）と水酸化リチウム（LiOH）が０.６５５ｇのNaHおよび０.６５２ｇのLiOHとして秤量され、混合され、そして慣用のボールミル粉砕法によって粉砕された。粉砕工程の間にかなりの量の水素の発生が認められた（粉砕容器を開放したときの聞き取れるほどのガスの放出）。次いで、粉砕された混合物は、改良されたシーベルト装置によって図３に示すように分析された。データから観察することができるように、水素の発生は約４０℃で開始し（Ａ点）、そして約１００℃で完了した（Ｂ点）。約０.８wt.％の水素が発生し、これは理論上の収率である４.１重量％よりも少ない。しかし、上で言及したように、計量できない大量の水素が粉砕工程の間に生成し、これを考慮すると、おそらく理論上の収率に近いだろう。
実施例４において、混合した陽イオンの水素貯蔵材料系が用意され、このとき、MIはナトリウムであるように選択され、そしてMIIはリチウムであるように選択された。等モル比の水素化ナトリウム（NaH）と水酸化リチウム（LiOH）が０.６５５ｇのNaHおよび０.６５２ｇのLiOHとして秤量され、混合され、そして慣用のボールミル粉砕法によって粉砕された。粉砕工程の間にかなりの量の水素の発生が認められた（粉砕容器を開放したときの聞き取れるほどのガスの放出）。次いで、粉砕された混合物は、改良されたシーベルト装置によって図３に示すように分析された。データから観察することができるように、水素の発生は約４０℃で開始し（Ａ点）、そして約１００℃で完了した（Ｂ点）。約０.８wt.％の水素が発生し、これは理論上の収率である４.１重量％よりも少ない。しかし、上で言及したように、計量できない大量の水素が粉砕工程の間に生成し、これを考慮すると、おそらく理論上の収率に近いだろう。
実施例５
混合した陽イオンの水素貯蔵材料系。このとき水素化物は複合水素化物であり（すなわち、ホウ水素化リチウムであって、MIはリチウムであるように選択される）、そして水酸化物においてMIIは水酸化リチウムを形成するリチウムであるように選択される。等モル比のホウ水素化リチウム（LiBH4）と水酸化リチウム（LiOH）が０.２２４ｇのLiBH4および０.９８１ｇのLiOHとして秤量され、混合され、次いで１時間粉砕された。実施例５の試料は、改良されたシーベルト分析によって、図４に示すように分析された。水素の発生は約２５０℃で開始するようであるが、しかし（実施例３におけるように）触媒を添加することによって、反応の動力学は、もっと低い温度で水素が発生するように修正されるはずである。最大で６.６wt.％の水素が生成したが、これは理論上の収率である６.８wt.％に近い。
混合した陽イオンの水素貯蔵材料系。このとき水素化物は複合水素化物であり（すなわち、ホウ水素化リチウムであって、MIはリチウムであるように選択される）、そして水酸化物においてMIIは水酸化リチウムを形成するリチウムであるように選択される。等モル比のホウ水素化リチウム（LiBH4）と水酸化リチウム（LiOH）が０.２２４ｇのLiBH4および０.９８１ｇのLiOHとして秤量され、混合され、次いで１時間粉砕された。実施例５の試料は、改良されたシーベルト分析によって、図４に示すように分析された。水素の発生は約２５０℃で開始するようであるが、しかし（実施例３におけるように）触媒を添加することによって、反応の動力学は、もっと低い温度で水素が発生するように修正されるはずである。最大で６.６wt.％の水素が生成したが、これは理論上の収率である６.８wt.％に近い。
水素貯蔵材料系のシーベルト試験の間に観察された挙動によれば、水酸化物組成物と水素化物組成物の間の水素生成反応は、主として反応の速度を増大させるために、また開始や活性化のあらゆる障壁を克服するために、周囲条件よりも高い温度で実施するのが好ましい。この特定の温度は特定の反応の熱力学について変化し、これは選択される陽イオン種に依存するけれども、本発明の特定の好ましい態様は、約４０℃よりも高い温度で反応を行わせることである。本発明の他の好ましい態様は、好ましくは、約８０℃以上の温度で実施することである。
さらに、粒子どうしの物理的な接触を増大させ、また反応を増進させるために、本発明の水素生成反応を行う間、固体の出発材料に圧縮力を加えてもよい。しかしながら、出発材料に圧縮力が加えられるような態様においては、水素ガスの形成または放出が妨げられないようなやり方で、圧縮力が加えられるのが好ましい。例えば、多孔質材料で形成された圧盤（platen）を用いて圧縮力を加えてもよく、それにより、出発材料の中にガスが発生しているときに、ガスがそれを貫通して移動するのが可能になる。
本発明はさらに、水素化物を含む出発材料の第一の部分を水と反応させることを含む、水素を生成する方法を提供する。水素化物の第一の部分と水との間のこの第一の開始反応は自然発生性かつ発熱性であり、反応熱で約１６５kJ/mol-H2を発生し、これは周囲の出発材料に熱を与える。この発生した熱は、水素化物の残りの第二の部分と水酸化物との間の水素生成反応のエネルギー活性化障壁を克服するのに必要なエンタルピーを与える。その水素生成反応は発熱性であるか、あるいは吸熱性であろう。第一の反応は第二の反応を開始させ、そして特定の好ましい態様においては、第一の反応は第二の反応と本質的に同時発生的または併発的に進行する。
出発材料中に存在する水素化物の総量が、第一の部分と第二の部分を含む。本発明の好ましい態様において、出発材料中に存在する水素化物の総量は、水と反応してモル量で「ｎ」で示される第一の部分を含み、従ってMIとMIIが、平均の原子価状態「ｗ」を有する同じ陽イオン種Ｍである例において、開始反応は次の機構によって進行するだろう：
nMzHz＋nH2O → nMz(OH)z＋2nH2
例えば、水素化物と水酸化物の両者について陽イオン種MIとMIIがリチウム（Li）であるように選択され、そしてｎ＝０.５である場合、反応は次のように表わすことができる：
0.5LiH＋0.5H2O → 0.5LiOH＋0.5H2
添加される水素化物のモル量は好ましくは、第二の水素生成反応を開始させるのにどれだけの熱が必要であるかということと関係づけられ、そしてそれは、第二の水素生成反応のための出発材料中に存在する反応物質の全質量に依存する。「ｎ」の値は、出発材料混合物を所望の反応開始温度まで加熱するために調整することができる。
nMzHz＋nH2O → nMz(OH)z＋2nH2
例えば、水素化物と水酸化物の両者について陽イオン種MIとMIIがリチウム（Li）であるように選択され、そしてｎ＝０.５である場合、反応は次のように表わすことができる：
0.5LiH＋0.5H2O → 0.5LiOH＋0.5H2
添加される水素化物のモル量は好ましくは、第二の水素生成反応を開始させるのにどれだけの熱が必要であるかということと関係づけられ、そしてそれは、第二の水素生成反応のための出発材料中に存在する反応物質の全質量に依存する。「ｎ」の値は、出発材料混合物を所望の反応開始温度まで加熱するために調整することができる。
第一の開始反応によって「ｎ」モルの水酸化物が発生し、これは「ｎ」モルの水と「ｎ」モルの水素化物の間の反応によって生成される。水との第一の反応において費やされる水素化物、およびその第一の反応によって生成する水酸化物を説明するために、水素生成反応における開始の水素貯蔵材料は、次のモル比率によって調整することができる：
(1＋n)MzHz＋(1−n)Mz(OH)z → zM2O＋zH2
このとき、熱が発生する反応においてｎモルの水素化物が費やされ、これはｎモルの水と反応してｎモルの水酸化物を発生させ、このときｚモルの酸化物と水素がそれぞれ生成し、従って、開始反応において費やされる（そして第二の反応を開始させるのに十分なエンタルピーに相当する）水素化物のモル量、すなわち熱が発生する反応において形成される水酸化物のモル量は、第二の反応において相殺される。従って、熱が発生する反応において、ｎ＝０.５である場合、反応は次のように進行する：
0.5LiH＋0.5H2O → 0.5LiOH＋0.5H2
このとき0.5LiHが水素化物出発材料の第一の部分として費やされ、そして0.5LiOHが水素生成反応において用いるために生成された。従って、水素生成反応は：
LiH＋LiOH → Li2O＋H2
に従って進行する。
(1＋n)MzHz＋(1−n)Mz(OH)z → zM2O＋zH2
このとき、熱が発生する反応においてｎモルの水素化物が費やされ、これはｎモルの水と反応してｎモルの水酸化物を発生させ、このときｚモルの酸化物と水素がそれぞれ生成し、従って、開始反応において費やされる（そして第二の反応を開始させるのに十分なエンタルピーに相当する）水素化物のモル量、すなわち熱が発生する反応において形成される水酸化物のモル量は、第二の反応において相殺される。従って、熱が発生する反応において、ｎ＝０.５である場合、反応は次のように進行する：
0.5LiH＋0.5H2O → 0.5LiOH＋0.5H2
このとき0.5LiHが水素化物出発材料の第一の部分として費やされ、そして0.5LiOHが水素生成反応において用いるために生成された。従って、水素生成反応は：
LiH＋LiOH → Li2O＋H2
に従って進行する。
水素生成反応は実質的な完了まで進行し、そして水素化物（また同様に水酸化物）反応物質は実質的に使い尽くされるのが好ましい。「実質的な」および「実質的に」という言い方は、反応の進行および反応における反応物質の消費が、当業者が期待するほどに、工業的に実施可能なレベルまで行なわれる、ということを意味する。従って、得られる混合物は、本質的に全ての反応物質が形成する生成物によって水素生成反応が本質的に完了するまで進行するのに必要な、正確な化学量論を有する。さらに、第一の開始反応において発生する水酸化物のモル量は、第二の水素生成反応においても同様に説明される。本発明はMIとMIIが互いに異なる陽イオン種であるように選択される状況にも同様に適用することができるということに留意すべきであり、そして当業者であれば認識するはずであるが、発生した水酸化物は水酸化物反応物質の混合物を形成するかもしれず（例えばnMIx(OH)xとMIIy(OH)y、これらは組み合わさってそれぞれ水素化物MIxHxと反応する）、この混合物は同様に、第二の水素発生反応において副生物化合物を発生させ、この化合物は（混合した陽イオン種、または別個の酸化物組成物と異種の陽イオン種との混合物を有する）酸化物組成物の混合物を含む。MIとMIIが互いに異なる場合のそのような別の好ましい態様は、水素生成反応に別の反応物質を導入することによって反応の熱力学に修正をもたらすかもしれず、このことは当業者であれば認識するはずである。従って、本発明の本態様において、出発材料組成物における水素化物の総量は、水素化物の第一の部分と第二の部分を含み、このとき水と反応する第一の部分は、好ましくは水素生成反応を開始して起こさせるのに必要な熱エネルギーの量によって規定され、そして水素化物の第二の部分は、開始反応において発生する水酸化物および水素生成反応のために供給される量の両者と反応するのに十分な量である。
別の好ましい態様は追加の量の特定の反応物質を含むかもしれないが、これは、例えば反応が完了まで進行するのを保証するために過剰な水素化物を供給するというような、上の態様で説明したモル化学量論に従うものではない。他の考慮すべき事柄は、もっと多くの反応物質を反応に供給することを含むかもしれず、このときその反応物質の存在は反応速度に影響を与え、あるいはその反応物質は、大きな粒度や均質に混合することの困難さのような物理的な制限を有するかもしれない。
従って、本発明の好ましい態様は、第一の材料組成物中に存在する水素化物の一部分と水とが反応することによる第一の反応において熱を発生させることによって水素を生成する方法を提供し、このときその熱は第二の水素生成反応において用いられる。第一の材料組成物中に存在する水素化物の残りの部分は、水素生成反応によって、第二の材料組成物中に存在する水素以外の１以上の陽イオンを有する水酸化物と反応し、これにより水素生成物と酸化物を含む副生物組成物とが形成される。本発明の一つの好ましい面は、水の開始反応を含めて、結合した水素貯蔵系が水素で富化されていることである。水素化物と反応する水も水素を生成し、これにより水素貯蔵材料系によって生成される水素の総量が増大する。
第一の発熱性の開始反応のための水を、固相の出発材料混合物に液体の反応物質として添加してもよい。水を出発材料混合物の全体に概ね一様に分布させ、それによって周囲の粒子に一様な熱を与えるのが好ましい。しかし、水素生成反応が発熱性である別の態様において、出発材料の水素化物の比較的少ない部分だけを反応開始温度よりも高い温度に加熱することができる。開始温度は近くの反応物質粒子において水素生成反応を起こさせるので、水素生成反応によって熱が発生し、それはさらに周囲の出発材料に移動し、それによって周囲の材料において水素生成反応が開始するのに必要な活性化エネルギーが与えられるだろう。
本発明の別の好ましい態様において、水は、出発材料の一つにおける水和水として与えられてもよい。このとき、水和水は水素化物材料と反応する。水和化合物は水酸化物化合物であるのが好ましく、それらの多くはハイドロスコープ性（hydroscopic）であるために水和化合物を容易に形成する。いかなる特定の理論によっても拘束されることを望まないが、水酸化物に付着した水和水は、最初の発熱性の開始反応において水素化物の一部と反応し、これにより熱と水酸化物が生成する、と考えられる。水素化物の残りの部分（このときこれは脱水されている）は、水素生成反応において水酸化物と反応するのに利用される。水酸化物に付着した水和水は、最初の発熱性の開始反応において水素化物の一部と反応し、これにより熱と水酸化物が生成する。
すなわち、出発材料の混合物は、互いに共に混合した水和水酸化物と水素化物を有する。出発材料の組成物は水素化物MIxHxと水和水酸化物MIIy(OH)y・wH2Oを含み、ここでｙは水酸化物化合物の電荷の中性を維持するためのMIIの平均の原子価状態を表わし、そしてｗは水の理論量（stoichiometric amount）を表わす。水素化物の第一の部分は水和水と反応して、それによって、それを囲む出発材料に熱を与え、そして水酸化物生成物を形成する。水素化物の残りの部分は、開始反応から新たに形成された生成物と出発材料において与えられた最初の水酸化物とを含んでいる水酸化物と反応する。本態様において、熱を発生する反応と水素生成反応は、二つの別個の反応としてではなく、むしろ一つの反応として作用すると考えられる。
その反応は下記のように進行する：
(y+2w)MIxHx＋xMIIy(OH)y・wH2O→[x(y+2w)/2]M2/xO＋(xy/2)MII2/yO＋[x(y+2w)/2]H2
ここで、前に説明したように、ｘはMIの平均の原子価状態であり、ｙはMIIの平均の原子価状態であり、平均の原子価状態は化合物の電荷の中性を維持し、そしてｗは水和水酸化物化合物中に存在する水の理論量である。
(y+2w)MIxHx＋xMIIy(OH)y・wH2O→[x(y+2w)/2]M2/xO＋(xy/2)MII2/yO＋[x(y+2w)/2]H2
ここで、前に説明したように、ｘはMIの平均の原子価状態であり、ｙはMIIの平均の原子価状態であり、平均の原子価状態は化合物の電荷の中性を維持し、そしてｗは水和水酸化物化合物中に存在する水の理論量である。
本態様についての好ましい水素化物組成物は、前の態様で先に説明したものと同じである。特に好ましい水素化物化合物は、LiH、LiBH4、NaBH4、MgH2、NaH、およびこれらの混合を含む。好ましい水和水酸化物化合物は、主として、上の非水和水酸化物の態様で説明したものと同じ陽イオン種を含み、それには、アルミニウム（Al）、ヒ素（As）、ホウ素（B）、バリウム（Ba）、ベリリウム（Be）、カルシウム（Ca）、カドミウム（Cd）、セリウム（Ce）、セシウム（Cs）、銅（Cu）、ユーロピウム（Eu）、鉄（Fe）、ガリウム（Ga）、ガドリニウム（Gd）、ゲルマニウム（Ge）、ハフニウム（Hf）、水銀（Hg）、インジウム（In）、カリウム（K）、ランタン（La）、リチウム（Li）、マグネシウム（Mg）、マンガン（Mn）、ナトリウム（Na）、ネオジム（Nd）、ニッケル（Ni）、鉛（Pd）、プラセオジム（Pr）、ルビジウム（Rb）、アンチモン（Sb）、スカンジウム（Sc）、セレン（Se）、ケイ素（Si）、サマリウム（Sm）、スズ（Sn）、ストロンチウム（Sr）、トリウム（Th）、チタン（Ti）、タリウム（Tl）、タングステン（W）、イットリウム（Y）、イッテルビウム（Yb）、亜鉛（Zn）、ジルコニウム（Zr）、およびこれらの混合がある。
本発明に従う好ましい水和水酸化物化合物としては、例を挙げれば、Ba(OH)2・3H2O、Ba(OH)2・H2O、KOH・H2O、NaOH・H2Oがある。特に好ましい水和水酸化物化合物としてはLiOH・H2OおよびNaOH・H2Oがある。水和水酸化物はまた、複合の陽イオン種を含む複合陽イオン水和水酸化物化合物を形成するかもしれず、例えばMIIは二つの陽イオン種を含む。そのような複合陽イオン水和水酸化物化合物の例としてはLiAl2(OH)7・2H2OおよびMg6Al2(OH)18・4H2Oがある。水和化合物中の水の量は、水酸化物化合物およびその水和に対する性質に依存して、一つよりも多い水の分子を含むかもしれない（すなわち水の理論比率（stoichiometric ratio）ｚは変化するかもしれない）、ということに留意されたい。本発明ではさらに、水和水酸化物化合物の混合物も意図されている（前に説明した、水和水酸化物化合物と非水和水酸化物化合物の混合物を有する別の態様も同様である）。
さらに、多くの水素化物と水和水酸化物の種については、独立した反応物質である水についてよりも、熱を発生する反応に対して大きなエネルギー活性化障壁が存在し、このために、熱を発生する反応を開始するための開始障壁を克服するための追加の熱またはその他の手段を必要とする。この追加のエネルギーには、水酸化物の分子から水和水の分子を解離させるのに要するエネルギーが含まれるかもしれない。そのような開始エネルギーは、前に説明したようなあらゆる公知の手段（例えば、熱、小さな粒度、触媒など）によって、あるいは水和水酸化物と水素化物の間の反応を開始させるための熱を発生させるために幾分かの液体の水を添加することによって、与えられてもよい。従って、水の第一の部分は水和水酸化物の形であってもよく、そして水の第二の部分は水和水酸化物材料と水素化物材料に添加される液体の反応物質として与えられてもよい。
本発明の好ましい態様において、水和水酸化物化合物は水酸化物化合物の少なくとも一部を含む（すなわち、出発材料である水酸化物は非水和水酸化物と水和水酸化物の混合物である）か、あるいは別の態様においては、水和水酸化物は全てが水酸化物組成物の出発材料を含むのが好ましい。水和水酸化物は、水素の含量が増大すると、水素貯蔵材料の中に貯蔵された水素の密度を増大させるが、しかし同様に、その材料の重量も増大し、またおそらくは、放出される熱も増大する。一般に、反応熱は、水酸化物が脱水される態様と比較して、水酸化物が水和する態様における方がより発熱性である。水和水酸化物化合物から放出される熱は、特定の吸熱反応系を相殺するのに有益であるかもしれず、それによって全体のエンタルピーと反応熱は低減されるだろう。
本態様に従う特定の好ましい反応は、水和水酸化物化合物が水素化物化合物と反応する場合の反応を含む。下記の非限定的な例は、水素化物組成物がMIxHxで水和水酸化物がMIIy(OH)y・zH2Oによって表され、そしてMIIがリチウムであるように選択される場合である：
3LiH＋LiOH・H2O → 2Li2O＋3H2
これは理論上９.０重量％および−４５.２kJ/mol-H2のΔHrを生成する。本態様に従う別の反応は次の場合である：
3MgH2＋2LiOH・H2O → 3MgO＋Li2O＋6H2
これは理論上７.４重量％および−９９kJ/mol-H2のΔHrを生成する。水和水酸化物を伴うさらに別の反応は次の通りである：
6NaH＋2LiOH・H2O → 3Na2O＋Li2O＋6H2
これは理論上５.３重量％および＋１１kJ/mol-H2のΔHrを生成する。さらに別の反応は：
3LiBH4＋4LiOH・H2O → 3LiBO2＋2Li2O＋12H2
これは理論上１０.２重量％および−４３.５kJ/mol-H2の発熱のΔHrを生成する。
3LiH＋LiOH・H2O → 2Li2O＋3H2
これは理論上９.０重量％および−４５.２kJ/mol-H2のΔHrを生成する。本態様に従う別の反応は次の場合である：
3MgH2＋2LiOH・H2O → 3MgO＋Li2O＋6H2
これは理論上７.４重量％および−９９kJ/mol-H2のΔHrを生成する。水和水酸化物を伴うさらに別の反応は次の通りである：
6NaH＋2LiOH・H2O → 3Na2O＋Li2O＋6H2
これは理論上５.３重量％および＋１１kJ/mol-H2のΔHrを生成する。さらに別の反応は：
3LiBH4＋4LiOH・H2O → 3LiBO2＋2Li2O＋12H2
これは理論上１０.２重量％および−４３.５kJ/mol-H2の発熱のΔHrを生成する。
同様の例の反応は、ナトリウムであるように選択されたMIIを水和水酸化物が含む場合であって、次のように進行する：
6LiH＋2NaOH・H2O → 3Li2O＋Na2O＋6H2
これは理論上７.３重量％および−３４.２kJ/mol-H2の発熱のΔHrを生成する。吸熱性である同様の反応は次の通りである：
3NaH＋NaOH・H2O → 2Na2O＋3H2
これは理論上４.６重量％および＋２２.０kJ/mol-H2のΔHrを生成する。別の好ましい発熱反応は次の通りである：
3NaBH4＋4NaOH・H2O → 3NaBO2＋2Na2O＋12H2
これは理論上６.９重量％および−２１.４kJ/mol-H2の発熱のΔHrを生成する。
6LiH＋2NaOH・H2O → 3Li2O＋Na2O＋6H2
これは理論上７.３重量％および−３４.２kJ/mol-H2の発熱のΔHrを生成する。吸熱性である同様の反応は次の通りである：
3NaH＋NaOH・H2O → 2Na2O＋3H2
これは理論上４.６重量％および＋２２.０kJ/mol-H2のΔHrを生成する。別の好ましい発熱反応は次の通りである：
3NaBH4＋4NaOH・H2O → 3NaBO2＋2Na2O＋12H2
これは理論上６.９重量％および−２１.４kJ/mol-H2の発熱のΔHrを生成する。
本発明の別の好ましい態様は、水和水酸化物出発材料と非水和水酸化物出発材料を含む出発材料水酸化物の混合物であって、水素化物と反応して水素と「複合酸化物」を生成するものを意図している。「複合酸化物」とは、前の態様の単純な酸化物と比較して、陽イオン種に対する酸素の原子比率がより高次のものを意味し、このことは当業者によって認められている。そのような反応系は、水素化物に水酸化物を加えた次の反応（第一の水素発生反応）：
yMIxHx＋xMIIy(OH)y → xyH2＋(xy/2)MI(2/x)O＋(xy/2)MII(2/y)O
および、水素化物に水和水酸化物を加えた次の反応（第二の水素発生反応）：
(y+2w)MIxHx＋xMIIy(OH)y・wH2O→[x(y+2w)/2]M2/xO＋(xy/2)MII2/yO＋[x(y+2w)/2]H2
からなる包括的な反応の両者を含む。ここで、水素化物、水酸化物、および水和水酸化物を含む出発反応物質の材料組成物は、第一および第二の水素発生の両者を同時に行うために、いかなる数の割合で化合させてもよい。反応のこのような組み合わせを用いることにより、放出熱の量は、加えられる反応物質の量と、第一および第二の水素生成反応の両者についての対応する反応熱を考慮することによって、設計することができる。一般に、水和水酸化物が水素化物と反応する第二の水素発生反応は、非水和水酸化物が水素化物と反応する第一の水素発生反応よりも発熱性が高い。
yMIxHx＋xMIIy(OH)y → xyH2＋(xy/2)MI(2/x)O＋(xy/2)MII(2/y)O
および、水素化物に水和水酸化物を加えた次の反応（第二の水素発生反応）：
(y+2w)MIxHx＋xMIIy(OH)y・wH2O→[x(y+2w)/2]M2/xO＋(xy/2)MII2/yO＋[x(y+2w)/2]H2
からなる包括的な反応の両者を含む。ここで、水素化物、水酸化物、および水和水酸化物を含む出発反応物質の材料組成物は、第一および第二の水素発生の両者を同時に行うために、いかなる数の割合で化合させてもよい。反応のこのような組み合わせを用いることにより、放出熱の量は、加えられる反応物質の量と、第一および第二の水素生成反応の両者についての対応する反応熱を考慮することによって、設計することができる。一般に、水和水酸化物が水素化物と反応する第二の水素発生反応は、非水和水酸化物が水素化物と反応する第一の水素発生反応よりも発熱性が高い。
従って、上で説明したような反応系は、目標とする全体的な反応熱を生じさせる反応を設計するのに有用な、水和水酸化物と非水和水酸化物の両者についての反応の組み合わせを含む。前に説明したように、本発明の一面は、反応系の総体的なエンタルピーを最少にすることであり、そのことは、選択された量の水和水酸化物を出発材料混合物に加えることによって、さらに制御することができる。さらに、水和水酸化物は単位配合物当り多量の水素を含有するので、出発材料中に存在する多量の水素の故に、水和水酸化物と非水和水酸化物の混合物を、より多くの水素生成を得るために設計することができる。
第一および第二の水素生成反応の両方の水素化物が同じになるように選択されて、水酸化物組成物が水和水酸化物と非水和水酸化物の両者を含んでいて、これら両者が同じ陽イオン種を有している場合、すなわち例えば、水素化物の陽イオン種がリチウムであって（LiH）、水酸化物もリチウムを含む場合（LiOH）、本発明に従えば、結合した反応系の例は、次の単純化された反応機構で表すことができる：
LiBH4＋LiOH＋LiOH・H2O → Li3BO3＋2Li2O＋4H2
これは酸化物（Li2O）と複合酸化物（Li3BO3）および理論上９.０重量％の水素を発生する。さらに別の例、すなわち反応物質が同じであるが、しかし異なる化学量論で与えられる場合、下記の反応によって異なる生成物を生成する：
2LiBH4＋LiOH＋2LiOH・H2O → Li4B2O5＋LiH＋7H2
これは複合酸化物（Li4B2O5）と単純な水素化物（LiH）および理論上９.２重量％の水素を発生する。
LiBH4＋LiOH＋LiOH・H2O → Li3BO3＋2Li2O＋4H2
これは酸化物（Li2O）と複合酸化物（Li3BO3）および理論上９.０重量％の水素を発生する。さらに別の例、すなわち反応物質が同じであるが、しかし異なる化学量論で与えられる場合、下記の反応によって異なる生成物を生成する：
2LiBH4＋LiOH＋2LiOH・H2O → Li4B2O5＋LiH＋7H2
これは複合酸化物（Li4B2O5）と単純な水素化物（LiH）および理論上９.２重量％の水素を発生する。
従って、本発明に従う水素貯蔵材料は固相の水素の貯蔵を提供し、このことは特に燃料電池の用途において、そしてとりわけ自動車の燃料電池の用途において有利である。そのような水素貯蔵材料組成物は一般に、広く利用可能であって、比較的低い分子量を有し、このことは燃料電池ユニットの効率を改善するのを容易にする。さらに、本発明の変形から利用可能な水素生成反応の系は、比較的小さな総エンタルピー変化を有し、このことは広範囲にわたる制御と冷却系の必要性を低減し、また寄生エネルギーの必要性を燃料電池系から解消する。さらに、水素貯蔵材料系からの水素の放出は、一般的に入手できる水素含有反応物質（すなわち、水）を用いる発熱性の開始反応によって容易に促進される。
本発明の記述は本質的に典型的なものを示したにすぎず、従って、本発明の要旨からはずれない変形は本発明の範囲内のものであることが意図されている。そのような変形は本発明の精神と範囲から離脱しているものとみなされるべきではない。
Claims (15)
- 水素を消費する用途において使用するための要求に応じて水素を生成する方法であって、
要求に応じた水素の放出のために、及び、混合物から生成される水素に対する要求に応じて、水素化物の粒子と水酸化物の粒子の該混合物を調製し；
第一の反応において該混合物中における水素化物の粒子の第一の部分を水と反応させて、前記水素化物の粒子の第二の部分と水酸化物の粒子との間の第二の反応を開始させるための量の熱を生成させ、前記熱をこれらに移動させることによって、前記水素化物の粒子の該第一の部分及び該第二の部分が水及び該水酸化物の粒子と完全に反応して水素及び酸化物を形成する；
工程を含み、
前記水素化物は、水素化リチウム（ＬｉＨ）、水素化ナトリウム（ＮａＨ）、水素化カリウム（ＫＨ）、水素化ベリリウム（ＢｅＨ２）、水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）、水素化カルシウム（ＣａＨ２）、水素化ストロンチウム（ＳｒＨ２）、水素化チタン（ＴｉＨ２）、水素化アルミニウム（ＡｌＨ３）、ホウ水素化リチウム（ＬｉＢＨ４）、ホウ水素化ナトリウム（ＮａＢＨ４）、ホウ水素化マグネシウム（Ｍｇ（ＢＨ４）２）、ホウ水素化カルシウム（Ｃａ（ＢＨ４）２）、リチウムアラナート（ＬｉＡｌＨ４）、ナトリウムアラナート（ＮａＡｌＨ４）、マグネシウムアラナート（Ｍｇ（ＡｌＨ４）２）、カルシウムアラナート（Ｃａ（ＡｌＨ４）２）、およびこれらの混合からなる群から選択され、前記水酸化物は、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ベリリウム（Ｂｅ（ＯＨ）２）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）、水酸化ストロンチウム（Ｓｒ（ＯＨ）２）、水酸化チタン（Ｔｉ（ＯＨ）２）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、およびこれらの混合からなる群から選択される、前記方法。 - 前記第一の反応によって前記水酸化物の少なくとも一部が生成する、請求項１に記載の方法。
- 前記第一の反応が生じているときに前記第二の反応が開始する、請求項１に記載の方法。
- 前記第二の反応は発熱性である、請求項１に記載の方法。
- 水素を生成する前記第二の反応は吸熱性である、請求項１に記載の方法。
- 前記水は前記混合物に添加される、請求項１に記載の方法。
- 発生する前記熱の量は、前記第二の反応の活性化エネルギー以上のものである、請求項６に記載の方法。
- 前記第二の反応は、
ＬｉＨ＋ＬｉＯＨ → Ｌｉ２Ｏ＋Ｈ２
ＮａＨ＋ＬｉＯＨ → １／２Ｌｉ２Ｏ＋１／２Ｎａ２Ｏ＋Ｈ２
ＭｇＨ２＋Ｍｇ（ＯＨ）２ → ＭｇＯ＋２Ｈ２
ＡｌＨ３＋Ａｌ（ＯＨ）３ → Ａｌ２Ｏ３＋３Ｈ２
ＣａＨ２＋Ｃａ（ＯＨ）２ → ＣａＯ＋２Ｈ２
ＳｒＨ２＋Ｓｒ（ＯＨ）２ → ＳｒＯ＋２Ｈ ２
ＢｅＨ２＋Ｂｅ（ＯＨ）２ → ＢｅＯ＋２Ｈ２
３ＬｉＨ＋Ｈ３ＢＯ３ → ＬｉＢＯ２＋Ｌｉ２Ｏ＋３Ｈ２
３ＬｉＨ＋Ｈ３ＢＯ３ → Ｌｉ３ＢＯ３＋３Ｈ２
３ＬｉＢＨ４＋４Ｈ３ＢＯ３ → Ｌｉ３Ｂ７Ｏ１２＋１２Ｈ２
ＬｉＢＨ４＋４ＬｉＯＨ → ＬｉＢＯ２＋２Ｌｉ２Ｏ＋４Ｈ２
ＮａＢＨ４＋２Ｍｇ（ＯＨ）２ → ＮａＢＯ２＋２ＭｇＯ＋４Ｈ２
ＮａＢＨ４＋４ＮａＯＨ → ＮａＢＯ２＋２Ｎａ２Ｏ＋４Ｈ２
ＬｉＢＨ４＋ＬｉＯＨ＋ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ → Ｌｉ３ＢＯ３＋２Ｌｉ２Ｏ＋４Ｈ２
２ＬｉＢＨ４＋ＬｉＯＨ＋２ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ → Ｌｉ４Ｂ２Ｏ５＋ＬｉＨ＋７Ｈ２
からなる群から選ばれる少なくとも１つの反応機構に従って進行する、請求項１に記載の方法。 - 前記水の少なくとも一部は水和水酸化物化合物の形で与えられる、請求項１に記載の方法。
- 前記水和水酸化物化合物は、水和水酸化リチウム（ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ）、水和水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ・Ｈ２Ｏ）、水和水酸化カリウム（ＫＯＨ・Ｈ２Ｏ）、水和水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）２・３Ｈ２Ｏ）、水和水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）２・Ｈ２Ｏ）、水和水酸化リチウムアルミニウム（ＬｉＡｌ２（ＯＨ）７・２Ｈ２Ｏ）、水和水酸化マグネシウムアルミニウム（Ｍｇ６Ａｌ２（ＯＨ）１８・４Ｈ２Ｏ）、およびこれらの混合からなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
- 水素を消費する用途において使用するための要求に応じて水素を生成する方法であって、
要求に応じた水素の放出のために、及び、混合物から生成される水素に対する要求に応じて、水素化物の粒子と水酸化物の粒子の該混合物を調製し；
第一の反応において水を該混合物中に存在する水素化物の粒子の一部分と反応させることによって熱を発生させ、このとき前記熱は該混合物内で第二の反応を開始するために用いられ、そして
前記第二の反応において該混合物中で前記水素化物の粒子の別の部分を水酸化物の粒子と反応させ、それによって水素ガスと酸化物を含む副生物組成物とを形成させ、該第一の反応に関与した水素化物の粒子の該一部分を水素化物の粒子のその他の部分及び該水酸化物の粒子と接触させて該第二の反応の開始のための熱を提供する、
工程を含み、
前記水素化物は、水素化リチウム（ＬｉＨ）、水素化ナトリウム（ＮａＨ）、水素化カリウム（ＫＨ）、水素化ベリリウム（ＢｅＨ２）、水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）、水素化カルシウム（ＣａＨ２）、水素化ストロンチウム（ＳｒＨ２）、水素化チタン（ＴｉＨ２）、水素化アルミニウム（ＡｌＨ３）、ホウ水素化リチウム（ＬｉＢＨ４）、ホウ水素化ナトリウム（ＮａＢＨ４）、ホウ水素化マグネシウム（Ｍｇ（ＢＨ４）２）、ホウ水素化カルシウム（Ｃａ（ＢＨ４）２）、リチウムアラナート（ＬｉＡｌＨ４）、ナトリウムアラナート（ＮａＡｌＨ４）、マグネシウムアラナート（Ｍｇ（ＡｌＨ４）２）、カルシウムアラナート（Ｃａ（ＡｌＨ４）２）、およびこれらの混合からなる群から選択され、前記水酸化物は、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ベリリウム（Ｂｅ（ＯＨ）２）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）、水酸化ストロンチウム（Ｓｒ（ＯＨ）２）、水酸化チタン（Ｔｉ（ＯＨ）２）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、およびこれらの混合からなる群から選択される、前記方法。 - 前記第一の反応が生じているときに前記第二の反応が開始する、請求項１１に記載の方法。
- 前記第二の反応が開始するのに十分な活性化エネルギーが前記熱によって与えられる、請求項１１に記載の方法。
- 前記第二の反応は発熱性である、請求項１１に記載の方法。
- 前記第二の反応は吸熱性である、請求項１１に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/787,381 | 2004-02-26 | ||
| US10/787,381 US7959896B2 (en) | 2004-02-26 | 2004-02-26 | Hydrogen storage system materials and methods including hydrides and hydroxides |
| PCT/US2005/002354 WO2005091765A2 (en) | 2004-02-26 | 2005-01-27 | Hydrogen storage system materials and methods including hydrides and hydroxides |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007525400A JP2007525400A (ja) | 2007-09-06 |
| JP4805907B2 true JP4805907B2 (ja) | 2011-11-02 |
Family
ID=34886768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007500766A Expired - Fee Related JP4805907B2 (ja) | 2004-02-26 | 2005-01-27 | 水素貯蔵系材料および水素化物と水酸化物を含む方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7959896B2 (ja) |
| JP (1) | JP4805907B2 (ja) |
| CN (1) | CN101124154B (ja) |
| DE (1) | DE112005000460T5 (ja) |
| WO (1) | WO2005091765A2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220030447A (ko) * | 2020-09-01 | 2022-03-11 | 경기대학교 산학협력단 | 수소저장 혼합물 및 이를 이용한 수소 생성방법 |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080172932A1 (en) * | 2005-09-21 | 2008-07-24 | Kelly Michael T | Compositions and methods for hydrogen generation |
| US7736531B2 (en) * | 2006-02-08 | 2010-06-15 | Los Alamos National Security, Llc | Composition and method for storing and releasing hydrogen |
| CN101024486B (zh) * | 2006-02-16 | 2011-04-20 | 罗门哈斯公司 | 氢硼化物燃料制剂 |
| CN101024487A (zh) * | 2006-02-16 | 2007-08-29 | 罗门哈斯公司 | 用硼氢化物生成氢气的方法 |
| WO2007102994A2 (en) * | 2006-02-22 | 2007-09-13 | University Of Utah Research Foundation | Systems and methods for hydrogen storage and generation from water using lithium based materials |
| WO2007106513A2 (en) * | 2006-03-13 | 2007-09-20 | University Of Utah Research Foundation | Hydrogen storage in a combined mxaih6/m'y(nh2)z system and a methods of making and using the same |
| JP5040339B2 (ja) * | 2007-02-08 | 2012-10-03 | 日産自動車株式会社 | 水素発生システム、水素発生システムの運転方法及び水素燃料車両 |
| US7608233B1 (en) * | 2007-02-12 | 2009-10-27 | Sandia Corporation | Direct synthesis of calcium borohydride |
| US20080236032A1 (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Kelly Michael T | Compositions, devices and methods for hydrogen generation |
| US8586261B2 (en) * | 2007-03-26 | 2013-11-19 | Protonex Technology Corporation | Techniques for packaging and utilizing solid hydrogen-producing fuel |
| US8268028B2 (en) * | 2007-03-26 | 2012-09-18 | Protonex Technology Corporation | Compositions, devices and methods for hydrogen generation |
| US8147788B1 (en) * | 2007-05-24 | 2012-04-03 | Sandia Corporation | Direct synthesis of magnesium borohydride |
| JP4512151B2 (ja) * | 2007-09-28 | 2010-07-28 | トヨタ自動車株式会社 | 水素発生方法、水素発生材料の製造方法、水素製造装置、及び、燃料電池システム |
| JP5150604B2 (ja) * | 2008-12-10 | 2013-02-20 | ローム アンド ハース カンパニー | 水素ガスの生成方法 |
| JP5353252B2 (ja) * | 2009-01-09 | 2013-11-27 | トヨタ自動車株式会社 | 水素含有金属材状態判定装置及び水素生成装置 |
| JP5352294B2 (ja) * | 2009-03-13 | 2013-11-27 | トヨタ自動車株式会社 | 金属水素化物の複合体及びその製造方法 |
| CN101912776B (zh) * | 2010-07-07 | 2012-02-01 | 山东科技大学 | 一种焦炉煤气中烯烃加氢材料及其制备方法 |
| US8764966B2 (en) * | 2011-11-10 | 2014-07-01 | GM Global Technology Operations LLC | Electrochemical process and device for hydrogen generation and storage |
| EP2808076A1 (en) * | 2012-01-27 | 2014-12-03 | Taane Co., Ltd. | Water for emulsifying oil, method for producing water for emulsifying oil, and method and apparatus for emulsifying oil |
| DE102012100875B4 (de) | 2012-02-02 | 2022-01-20 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren zur Speicherung von Wasserstoff, Wasserstoffspeichervorrichtung und deren Verwendung |
| US20140154171A1 (en) | 2012-12-04 | 2014-06-05 | Eveready Battery Company, Inc. | Hydrogen Generation from Stabilized Alane |
| SG2013022967A (en) * | 2013-03-25 | 2014-10-30 | Horizon Energy Systems Pte Ltd | Method and generator for hydrogen production |
| CN103922285B (zh) * | 2014-05-12 | 2015-08-12 | 四川材料与工艺研究所 | 一种硼氢化锂的合成方法 |
| CN110862069A (zh) * | 2018-08-28 | 2020-03-06 | 宁夏佰斯特医药化工有限公司 | 一种硼氢化钠生产新工艺 |
| CN112408317A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-02-26 | 桂林电子科技大学 | 一种碳负载二氧化钛掺杂氢化铝锂储氢材料及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002154803A (ja) * | 2000-11-15 | 2002-05-28 | Toyota Motor Corp | 水素ガス生成装置 |
| JP2003527281A (ja) * | 2000-03-17 | 2003-09-16 | イドロ−ケベック | 強烈な機械的変形を与えた金属または金属水素化物の化学的反応によって水素ガスを製造する方法 |
| JP2003313001A (ja) * | 2002-02-22 | 2003-11-06 | Iwatani Internatl Corp | 水素発生方法及び水素発生装置 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5678410A (en) | 1993-08-06 | 1997-10-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Combined system of fuel cell and air-conditioning apparatus |
| US5593640A (en) * | 1995-06-07 | 1997-01-14 | Ball Corporation | Portable hydrogen generator |
| US6015041A (en) | 1996-04-01 | 2000-01-18 | Westinghouse Savannah River Company | Apparatus and methods for storing and releasing hydrogen |
| CA2220503A1 (en) | 1997-11-07 | 1999-05-07 | Leszek Zaluski | Hydrogen storage composition |
| JP4213267B2 (ja) | 1998-09-25 | 2009-01-21 | 株式会社豊田自動織機 | 水素吸蔵タンク装置 |
| JP3998370B2 (ja) | 1999-06-14 | 2007-10-24 | 松下電器産業株式会社 | 水素吸蔵合金電極 |
| US6159538A (en) | 1999-06-15 | 2000-12-12 | Rodriguez; Nelly M. | Method for introducing hydrogen into layered nanostructures |
| JP4103252B2 (ja) | 1999-06-21 | 2008-06-18 | アイシン精機株式会社 | 水素吸蔵合金 |
| JP2001019401A (ja) | 1999-07-05 | 2001-01-23 | Seijiro Suda | 水素発生剤及びそれを用いる水素発生方法 |
| CA2340776A1 (en) | 1999-07-16 | 2001-01-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Hydrogen-occluding material and process for producing the same |
| US6534033B1 (en) * | 2000-01-07 | 2003-03-18 | Millennium Cell, Inc. | System for hydrogen generation |
| SG117426A1 (en) | 2001-10-31 | 2005-12-29 | Univ Singapore | Method for alkali hydride formation and materials for hydrogen storage |
| SG126710A1 (en) | 2001-10-31 | 2006-11-29 | Univ Singapore | Carbon nanotubes fabrication and hydrogen production |
| AU2002347752A1 (en) | 2001-10-31 | 2003-05-12 | National University Of Singapore | Method for reversible storage of hydrogen and materials for hydrogen storage |
| US6939529B2 (en) | 2002-10-03 | 2005-09-06 | Millennium Cell, Inc. | Self-regulating hydrogen generator |
-
2004
- 2004-02-26 US US10/787,381 patent/US7959896B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-01-27 DE DE112005000460T patent/DE112005000460T5/de not_active Withdrawn
- 2005-01-27 CN CN2005800063423A patent/CN101124154B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2005-01-27 WO PCT/US2005/002354 patent/WO2005091765A2/en active Application Filing
- 2005-01-27 JP JP2007500766A patent/JP4805907B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003527281A (ja) * | 2000-03-17 | 2003-09-16 | イドロ−ケベック | 強烈な機械的変形を与えた金属または金属水素化物の化学的反応によって水素ガスを製造する方法 |
| JP2002154803A (ja) * | 2000-11-15 | 2002-05-28 | Toyota Motor Corp | 水素ガス生成装置 |
| JP2003313001A (ja) * | 2002-02-22 | 2003-11-06 | Iwatani Internatl Corp | 水素発生方法及び水素発生装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220030447A (ko) * | 2020-09-01 | 2022-03-11 | 경기대학교 산학협력단 | 수소저장 혼합물 및 이를 이용한 수소 생성방법 |
| KR102471622B1 (ko) | 2020-09-01 | 2022-11-28 | 경기대학교 산학협력단 | 수소저장 혼합물 및 이를 이용한 수소 생성방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2007525400A (ja) | 2007-09-06 |
| US7959896B2 (en) | 2011-06-14 |
| WO2005091765A3 (en) | 2006-09-21 |
| WO2005091765A2 (en) | 2005-10-06 |
| CN101124154B (zh) | 2012-05-09 |
| US20050191234A1 (en) | 2005-09-01 |
| CN101124154A (zh) | 2008-02-13 |
| DE112005000460T5 (de) | 2009-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4805907B2 (ja) | 水素貯蔵系材料および水素化物と水酸化物を含む方法 | |
| JP4805908B2 (ja) | 水素貯蔵材料および水素化物と水酸化物を含む方法 | |
| JP4662973B2 (ja) | 水素貯蔵系材料の再生および水素化物と水酸化物を含む方法 | |
| CN100509615C (zh) | 包括氨化物/亚氨化物的储氢材料的组合 | |
| US7344690B2 (en) | Imide/amide hydrogen storage materials and methods | |
| KR100870528B1 (ko) | 가역적 수소 저장 시스템 및 그 사용 방법 | |
| KR101009331B1 (ko) | 질소-함유 수소 저장 물질에 의한 수소 방출 방법 | |
| US20070264182A1 (en) | Reversible hydrogen storage systems | |
| US7462344B2 (en) | Methods for reversibly storing hydrogen | |
| CN115571854A (zh) | 用于燃料电池的产氢组合物 | |
| US20130004413A1 (en) | Oxides-based material, device, and process for hydrogen storage | |
| US20100323253A1 (en) | Systems and Methods for Hydrogen Storage and Generation from Water Using Lithium Based Materials | |
| JP6670082B2 (ja) | 水素貯蔵物質及びその製造方法 | |
| US8771634B1 (en) | Generation of hydrogen gas from a borohydride at a constant temperature using the phase transition of a hydrate | |
| JP4835824B2 (ja) | 水素化物複合体及び水素貯蔵材料、並びに、これらの製造方法 | |
| WO2005005310A2 (en) | Imede/amide hydrogen storage materials and methods | |
| Graetz et al. | Metal hydrides for hydrogen storage | |
| JP2010265136A (ja) | 水素化物複合体、イミド材料及び水素ガスの製造方法 | |
| JP2011011936A (ja) | 水素化物複合体及び水素貯蔵材料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100108 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100408 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101206 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110304 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110714 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110811 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140819 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |