知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ 日本軽金属株式会社の特許一覧 ▶ トヨタ自動車株式会社の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024114480
(43)【公開日】2024-08-23
(54)【発明の名称】水素発生材料及び水素発生材料の製造方法
(51)【国際特許分類】
C01B 3/06 20060101AFI20240816BHJP
【ＦＩ】
C01B3/06
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023020276
(22)【出願日】2023-02-13
(71)【出願人】
【識別番号】000004743
【氏名又は名称】日本軽金属株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】太田 裕二
(72)【発明者】
【氏名】大久保 学
(72)【発明者】
【氏名】今西 雅弘
(57)【要約】
【課題】原材料の比率が一定に保たれる水素発生材料を提供する。
【解決手段】水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを含む。
【選択図】なし
【解決手段】水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを含む。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを含む、水素発生材料。
【請求項2】
水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを含む圧粉体を有する、水素発生材料。
【請求項3】
前記酸は、ホウ酸である、請求項１又は２に記載の水素発生材料。
【請求項4】
前記水素化ホウ素ナトリウムに対する前記ホウ酸の質量比が、０．７以上である、請求項３に記載の水素発生材料。
【請求項5】
水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを混合して混合粉末を作製する混合工程と、
前記混合粉末を成形して圧粉体を作製する成形工程と、
を有する、水素発生材料の製造方法。
前記混合粉末を成形して圧粉体を作製する成形工程と、
を有する、水素発生材料の製造方法。
【請求項6】
前記酸は、ホウ酸である、請求項５に記載の水素発生材料の製造方法。
【請求項7】
前記混合粉末に含まれる、水素化ホウ素ナトリウムに対するホウ酸の質量比が、０．７以上である、請求項６に記載の水素発生材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水素発生材料及び水素発生材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
水素化ホウ素ナトリウム（Sodium Borohydride：ＳＢＨ）は、加水分解により容易に水素を発生させることができるため、水素貯蔵材料としての利用が検討されている。例えば、特許文献１には、ＳＢＨに水を投入したのち、クエン酸水溶液等の酸性の水溶液を投入して水素を発生させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－０３５００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、特許文献１に記載の方法では、前記酸性の水溶液は、保管や輸送の過程で、溶媒である水が蒸発することで、前記水溶液の溶質の析出が発生する可能性がある。この場合、前記酸性の水溶液に含まれる酸の量が減るため、水素の発生が不十分なものとなる可能性がある。
【0005】
本発明は、上記課題を鑑み、原材料の比率が一定に保たれる水素発生材料及び水素発生材料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る水素発生材料は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを含む。
【0007】
上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る水素発生材料の製造方法は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを混合して混合粉末を作製する混合工程と、前記混合粉末を成形して圧粉体を作製する成形工程と、を有する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、原材料の比率が一定に保たれる水素発生材料及び水素発生材料の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、以下で説明する実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。また、数値については四捨五入の範囲が含まれる。
【0011】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る水素発生材料は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを混合した混合粉末である。ここで、粉末であるとは、最大寸法が１ｍｍ以下の粒子の集合体を指す。より具体的には、目開き１０００μｍの篩にかけることで得られる篩下の原料であればよい。
第１実施形態に係る水素発生材料は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを混合した混合粉末である。ここで、粉末であるとは、最大寸法が１ｍｍ以下の粒子の集合体を指す。より具体的には、目開き１０００μｍの篩にかけることで得られる篩下の原料であればよい。
【0012】
第１実施形態に係る水素発生材料は、水を添加することで、下記式（１）の反応により水素を発生させることができる。第１実施形態に係る水素発生材料を用いた水素発生方法の詳細は、後述する。
ＮａＢＨ４＋２Ｈ２Ｏ→４Ｈ２＋ＮａＢＯ２・・・（１）
ＮａＢＨ４＋２Ｈ２Ｏ→４Ｈ２＋ＮａＢＯ２・・・（１）
【0013】
酸は、常温かつ常圧で固体の酸であり、例えば、クエン酸、ホウ酸等が挙げられる。ここで、常温とは、５℃以上３５℃以下であることを指し、常圧とは、８６ｋＰａ以上１０６ｋＰａ以下であることを指す。
【0014】
酸は、ホウ酸であることが好ましい。この場合、水素発生材料は、水を加えることで、下記式（２）の反応により副生成物としてホウ砂が生成する。ホウ砂は、下記の式（３）及び式（４）によって水素化ホウ素ナトリウムとして再利用できる。これにより、水素発生反応の副生成物を再利用することができる。
２ＮａＢＨ４＋２Ｈ３ＢＯ３＋Ｈ２Ｏ→Ｎａ２Ｂ４Ｏ７＋８Ｈ２・・・（２）
Ｎａ２Ｂ４Ｏ７・１０Ｈ２Ｏ＋２ＮａＯＨ→４ＮａＢＯ２＋１１Ｈ２Ｏ・・・（３）
ＮａＢＯ２＋４／３Ａｌ＋２Ｈ２→ＮａＢＨ４＋２／３Ａｌ２Ｏ３・・・（４）
２ＮａＢＨ４＋２Ｈ３ＢＯ３＋Ｈ２Ｏ→Ｎａ２Ｂ４Ｏ７＋８Ｈ２・・・（２）
Ｎａ２Ｂ４Ｏ７・１０Ｈ２Ｏ＋２ＮａＯＨ→４ＮａＢＯ２＋１１Ｈ２Ｏ・・・（３）
ＮａＢＯ２＋４／３Ａｌ＋２Ｈ２→ＮａＢＨ４＋２／３Ａｌ２Ｏ３・・・（４）
【0015】
酸がホウ酸である場合、水素化ホウ素ナトリウムに対するホウ酸の質量比は、０．７以上であることが好ましく、１．６以上であることがより好ましい。これにより、水素発生反応後のｐＨの増大が抑制されるので、水素発生率を向上できる。
【0016】
以上説明したように、第１実施形態に係る水素発生材料は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを含む。これにより、水素発生材料は、固体の状態で保存、輸送等が可能なため、外気に触れても蒸発等により水素発生材料の成分が失われることがないので、原材料の比率を一定に保つことができる。
【0017】
望ましい態様として、酸は、ホウ酸である。これにより、水素発生反応の副生成物を再利用することができる。
【0018】
さらに望ましい態様として、水素化ホウ素ナトリウムに対するホウ酸の質量比が、０．７以上である。これにより、水素発生反応後のｐＨの増大が抑制されるので、水素発生率を向上できる。
【0019】
（水素発生装置）
図１は、第１実施形態に係る水素発生装置の一例を示す模式的な図である。図１に示すように、第１実施形態に係る水素発生装置２は、第１実施形態に係る水素発生材料１を用いた水素発生装置であって、水素発生材料１と、容器２１と、ヒータ２２と、ポンプ２３と、タンク２４とを備える。
図１は、第１実施形態に係る水素発生装置の一例を示す模式的な図である。図１に示すように、第１実施形態に係る水素発生装置２は、第１実施形態に係る水素発生材料１を用いた水素発生装置であって、水素発生材料１と、容器２１と、ヒータ２２と、ポンプ２３と、タンク２４とを備える。
【0020】
容器２１は、気密性の容器である。容器２１は、耐圧性の容器であることが好ましい。この場合、水素発生材料１から発生した水素の圧力により容器２１が破損することを抑制できる。なお、図１の例では、容器２１は、温度計ＴＩと、圧力計ＰＩとを備えるが、単なる一例である。
【0021】
容器２１には、水素発生材料１が格納される。水素発生材料１は、第１実施形態に係る水素発生材料１である。図１の例では、水素発生材料１は、粉末であって、容器２１の底面に堆積している。水素発生材料１は、容器２１内で均等に堆積していることが好ましい。この場合、水を添加した際の容器２１内の水位上昇に伴って、より多くの水素発生材料１が水と接触できるので、水素発生率を向上できる。
【0022】
ヒータ２２は、例えば電熱器であり、容器２１内を加温する。図１の例では、ヒータ２２は、容器２１の外部に設けられるが、これに限られず、容器２１の壁内や容器２１の内部に設けられるものであってもよい。
【0023】
ポンプ２３は、容器２１内に水を供給するポンプである。タンク２４は、ポンプ２３に水を供給するタンクである。すなわち、ポンプ２３及びタンク２４は、容器２１内に水を供給する給水手段の一例である。なお、給水手段は、ポンプ２３及びタンク２４とすることに限られず、例えば、水素発生材料１の外部から水を輸送するパイプ等であってもよい。
【0024】
以上説明したように、第１実施形態に係る水素発生装置２は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを含む水素発生材料１と、水素発生材料１を格納する容器２１と、容器２１内に水を供給する給水手段とを備える。これにより、原材料の比率を一定に保ちつつ、水素を発生させることができる。
【0025】
（水素発生方法）
第１実施形態に係る水素発生方法は、第１実施形態に係る水素発生材料に、水Ｗを添加する方法を有する。具体的には、第１実施形態に係る水素発生方法は、図１の水素発生装置２の容器２１に第１実施形態に係る水素発生材料１を投入し、ポンプ２３等の給水手段により水Ｗの供給を受けて、水素発生材料１に水Ｗを滴下する方法である。水Ｗを添加すると、水素発生材料１の粉体（粉末の集合体）の表面１ａが水Ｗと接触し、先述した反応式（１）の反応により水素が発生する。これにより、第１実施形態に係る水素発生材料を用いた水素発生方法では、水素化ホウ素ナトリウムに酸を加える工程が不要であるため、より単純な工程で水素を発生させることができる。なお、水Ｗの添加は、水素発生材料１に水Ｗを滴下することに限られず、例えば水を噴霧することよって行われてもよい。
第１実施形態に係る水素発生方法は、第１実施形態に係る水素発生材料に、水Ｗを添加する方法を有する。具体的には、第１実施形態に係る水素発生方法は、図１の水素発生装置２の容器２１に第１実施形態に係る水素発生材料１を投入し、ポンプ２３等の給水手段により水Ｗの供給を受けて、水素発生材料１に水Ｗを滴下する方法である。水Ｗを添加すると、水素発生材料１の粉体（粉末の集合体）の表面１ａが水Ｗと接触し、先述した反応式（１）の反応により水素が発生する。これにより、第１実施形態に係る水素発生材料を用いた水素発生方法では、水素化ホウ素ナトリウムに酸を加える工程が不要であるため、より単純な工程で水素を発生させることができる。なお、水Ｗの添加は、水素発生材料１に水Ｗを滴下することに限られず、例えば水を噴霧することよって行われてもよい。
【0026】
ここで、水Ｗの添加は、常温以上水の沸点以下の添加温度で行われる。図１の例では、容器２１内をヒータ２２で加温することで、添加温度の調整がされる。水素発生材料１がホウ酸を含む場合、添加温度は、４０℃以上水の沸点以下であることが好ましい。この範囲とすることで、ホウ酸の水Ｗへの溶解度を向上できるので、水素発生反応を促進でき、水素発生率を向上できる。また、添加温度は、６０℃以上水の沸点以下であることがより好ましい。この範囲とすることで、副生成物であるホウ砂の溶解度を向上できる。これにより、副生成物であるホウ砂が水素発生材料の表面に析出し、水との接触を妨げることを抑制できるので、水素発生反応を促進でき、水素発生率をより向上できる。
【0027】
以上説明したように、第１実施形態に係る水素発生方法は、第１実施形態に係る水素発生装置２の容器２１内で、水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを含む水素発生材料１に水を添加する方法である。これにより、原材料の比率を一定に保ちつつ、水素を発生させることができる。
【0028】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る水素発生材料は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを含む圧粉体を有する点で第１実施形態の水素発生材料と異なる。第２実施形態では、水素発生材料は、複数の圧粉体である。圧粉体は、複数の粉末粒子を含み、複数の粉末粒子によって圧粉体全体の外形が保たれた形成体である。これより、圧粉体は、輸送等によって外形が崩れて粉末に戻ることがない状態となる。また、圧粉体では、複数の粉末粒子間には、粒界がある。これより、圧粉体１個の嵩密度は、圧粉体の真密度の１００％未満となる。ここで、圧粉体の真密度は、該成形体を構成する材料の真密度の、質量比で重み付けをした加重平均として算出される。
第２実施形態に係る水素発生材料は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを含む圧粉体を有する点で第１実施形態の水素発生材料と異なる。第２実施形態では、水素発生材料は、複数の圧粉体である。圧粉体は、複数の粉末粒子を含み、複数の粉末粒子によって圧粉体全体の外形が保たれた形成体である。これより、圧粉体は、輸送等によって外形が崩れて粉末に戻ることがない状態となる。また、圧粉体では、複数の粉末粒子間には、粒界がある。これより、圧粉体１個の嵩密度は、圧粉体の真密度の１００％未満となる。ここで、圧粉体の真密度は、該成形体を構成する材料の真密度の、質量比で重み付けをした加重平均として算出される。
【0029】
圧粉体の嵩密度は、圧粉体が投入される容器内の温度の水の密度より大きいことが好ましい。例えば、圧粉体が投入される容器内の温度が６１℃以上６３℃以下になるように加温される場合、圧粉体の嵩密度は、０．９８ｇ／ｃｍ３より大きいことが好ましい。これにより、水を添加して水位が上昇しても、圧粉体が水面に浮かずに水面下に入るため、水との接触性をより向上でき、水素発生率をより向上できる。一方で、圧粉体の密度が水より小さい場合、水位が上昇した際に、圧粉体が水面に浮いてしまい、圧粉体の表面の一部が水面から露出し、水との接触性が低下する可能性がある。
【0030】
図２は、第２実施形態に係る圧粉体の一例を示す側面図である。圧粉体１０の形状は、頂点のない形状、例えば、円板状や球状であることが好ましい。この場合、輸送中に圧粉体１０同士が接触することによる破損を抑制できるので、より保存性が向上する。また、圧粉体１０の形状は、曲面を含むことが好ましい。図２の例では、圧粉体１０の形状は、凸レンズ状、より詳しくは、球欠の平面同士を貼り合わせた形状である。換言すれば、圧粉体１０の形状は、中心が厚く、半径方向の端部が薄い円板である。この場合、圧粉体１０の曲面は、平面である場合よりも表面積が大きくなるので、水との接触面積を大きくすることができる。また、水素発生材料として、複数の圧粉体１０を容器内に投入した場合、圧粉体１０の曲面の周りで、他の圧粉体又は圧粉体１０を格納する容器との間に、水が浸入可能な間隙ができやすくなる。これにより、水素発生率を向上できる。以下の説明では、圧粉体１０の２つの球欠の側面（球冠）の表面のうち、上方向を向いているものを上面１１、下方向を向いているものを下面１２として説明することがある。
【0031】
以上説明したように、第２実施形態に係る水素発生材料は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを含む圧粉体１０を有する。これにより、粉末である場合より粉末粒子間の隙間が小さくなるため、空気中の水分の吸着が抑制され、輸送、保管の過程で吸湿しにくくなり、保存性を向上できる。
【0032】
また、第２実施形態に係る水素発生材料は、圧粉体を有するため、水の添加の初期段階において、水素発生材料が混合粉末である場合と比べ、水に対する濡れ性が向上し、水が水素発生材料に浸透しやすくなり、水素化ホウ素ナトリウムの粉末粒子及び酸の粉末粒子が水と接触しやすくなるので、水素発生率を向上できる。
【0033】
また、第２実施形態に係る水素発生材料は、圧粉体を有するため、水素発生材料が混合粉末である場合と比べ、水との接触面積を大きくすることができ、水素発生率を向上できる。第２実施形態に係る水素発生材料と水との接触面積についての詳細な説明は、後述する。
【0034】
また、第２実施形態に係る水素発生材料は、圧粉体を有するため、添加した水によって水素発生材料に含まれる一部の成分が分離することを抑制できる。一方で、水素発生材料が混合粉末である場合、混合粉末の一部の成分が比重、表面張力等により、水面に浮くことがある。したがって、水素発生材料が混合粉末である場合と比べ、水との接触性を向上できる。
【0035】
（水素発生装置）
図３は、第２実施形態に係る水素発生装置の一例を示す模式的な図である。第２実施形態に係る水素発生装置２Ａは、水素発生材料が、第２実施形態に係る水素発生材料１Ａ、すなわち複数の圧粉体である点で第１実施形態と異なる。以下、第２実施形態に係る水素発生材料を用いた水素発生装置２Ａについて説明するが、第１実施形態と同様の構成については、符号を付して説明を省略する。
図３は、第２実施形態に係る水素発生装置の一例を示す模式的な図である。第２実施形態に係る水素発生装置２Ａは、水素発生材料が、第２実施形態に係る水素発生材料１Ａ、すなわち複数の圧粉体である点で第１実施形態と異なる。以下、第２実施形態に係る水素発生材料を用いた水素発生装置２Ａについて説明するが、第１実施形態と同様の構成については、符号を付して説明を省略する。
【0036】
図４は、図３の領域Ａを示す拡大断面図である。第２実施形態では、容器２１内には、第２実施形態に係る水素発生材料１Ａが格納される。水素発生材料１Ａは、複数の圧粉体であり、容器２１内で堆積している。複数の圧粉体は、容器２１内で均等に堆積していることが好ましい。この場合、水を添加した際の容器２１内の水位上昇に伴って、より多くの圧粉体が水と接触できるので、水素発生率を向上できる。図４の例では、水素発生材料１Ａは、圧粉体１０Ａ、１０Ｂを含む。圧粉体１０Ａは、水素発生材料１Ａの上側にある圧粉体である。圧粉体１０Ｂは、上側に他の圧粉体１０Ａがあり、下側に容器２１の底面がある圧粉体である。圧粉体１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ上面１１Ａ、１１Ｂと、下面１２Ａ、１２Ｂを有する。圧粉体１０Ａの上面１１Ａは、水素発生材料１Ａを上から見た場合に露出している。すなわち、圧粉体１０Ａの上面１１Ａは、水素発生材料１Ａの上側の表面に相当する。圧粉体１０Ａの下面１２Ａと、圧粉体１０Ｂの上面１１Ｂとは、対向している。圧粉体１０Ｂの下面１２Ｂは、容器２１の底面と対向している。以上説明したように、水素発生材料１Ａは、複数の圧粉体１０であることで、圧粉体同士又は圧粉体と容器２１との間に間隙Ｇ１、Ｇ２が生じうる。なお、図４に示す圧粉体の数は、単なる一例であって、これに限られない。また、図４に示す圧粉体の配置は、単なる一例であって、規則的に配置されていることを要しない。すなわち、複数の圧粉体は、圧粉体同士の間又は圧粉体と容器２１との間に間隙がありさえすればよく、容器２１内で無作為に配置されていてもよい。
【0037】
水素発生材料１Ａには、圧粉体同士の間又は圧粉体と容器２１との間に間隙Ｇ１、Ｇ２がある。間隙Ｇ１は、圧粉体１０Ａと圧粉体１０Ｂとの間にある間隙である。すなわち、圧粉体１０Ａの下面１２Ａ及び圧粉体１０Ｂの上面１１Ｂは、間隙Ｇ１に露出している。間隙Ｇ２は、圧粉体１０Ｂと容器２１との間にある間隙である。すなわち、圧粉体１０Ｂの下面１２Ｂは、間隙Ｇ２に露出している。これにより、間隙Ｇ１、Ｇ２は、密閉されていないので、圧粉体１０Ａの上面１１Ａに水Ｗが滴下されても、水Ｗが間隙Ｇ１、Ｇ２に浸入できる。したがって、水素発生材料が混合粉末である場合と比べ、水との接触面積を大きくすることができ、水素発生率を向上できる。
【0038】
以上説明したように、第２実施形態に係る水素発生装置２Ａは、水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを含む複数の圧粉体１０を有する水素発生材料１Ａと、水素発生材料１Ａを格納する容器２１と、容器２１内に水を供給する給水手段とを備える。容器２１内の水素発生材料１Ａには、圧粉体１０同士の間又は圧粉体１０と容器２１との間に間隙Ｇ１、Ｇ２がある。これにより、水に対する濡れ性が向上し、水が水素発生材料に浸透しやすくなることで、水素化ホウ素ナトリウムの粉末粒子及び酸の粉末粒子が水と接触しやすくなり、また、水が間隙Ｇ１、Ｇ２に浸入するので、水素発生材料と水との接触面積を大きくすることができ、水素発生率を向上できる。
【0039】
（水素発生方法）
第２実施形態に係る水素発生方法は、第２実施形態に係る水素発生装置２Ａの容器２１内で、第２実施形態に係る水素発生材料１Ａに水を添加する方法を有する。具体的には、容器２１に第２実施形態に係る水素発生材料１Ａとして複数の圧粉体１０を投入し、ヒータ２２で加温した後、ポンプ２３等の給水手段により水Ｗの供給を受けて、容器２１内の水素発生材料１Ａに水Ｗを滴下することで水素を発生させることができる。図３の例では、水Ｗを滴下すると、水が容器２１の底面にある間隙Ｇ２に浸入して溜まり、間隙Ｇ２に露出する圧粉体１０Ｂの下面１２Ｂが、水面下に入って水に浸かる。このとき、圧粉体の表面の濡れ性が、粉末の場合より高いので、水との接触性を向上できる。さらに水Ｗを添加すると、水位の上昇や、圧粉体１０Ｂの溶解によって、水が間隙Ｇ１にも溜まるようになることで、間隙Ｇ１に露出する圧粉体の上面１１Ｂ、１１Ａも、水面下に入って浸かるようになる。さらに水Ｗを添加すると、水位の上昇や、圧粉体１０Ａの溶解によって、水の水面が圧粉体の上面１１Ａに達して、水面下に入って水に浸かる。これにより、水との接触面積を大きくすることができる。これにより、水素発生率を向上できる。
第２実施形態に係る水素発生方法は、第２実施形態に係る水素発生装置２Ａの容器２１内で、第２実施形態に係る水素発生材料１Ａに水を添加する方法を有する。具体的には、容器２１に第２実施形態に係る水素発生材料１Ａとして複数の圧粉体１０を投入し、ヒータ２２で加温した後、ポンプ２３等の給水手段により水Ｗの供給を受けて、容器２１内の水素発生材料１Ａに水Ｗを滴下することで水素を発生させることができる。図３の例では、水Ｗを滴下すると、水が容器２１の底面にある間隙Ｇ２に浸入して溜まり、間隙Ｇ２に露出する圧粉体１０Ｂの下面１２Ｂが、水面下に入って水に浸かる。このとき、圧粉体の表面の濡れ性が、粉末の場合より高いので、水との接触性を向上できる。さらに水Ｗを添加すると、水位の上昇や、圧粉体１０Ｂの溶解によって、水が間隙Ｇ１にも溜まるようになることで、間隙Ｇ１に露出する圧粉体の上面１１Ｂ、１１Ａも、水面下に入って浸かるようになる。さらに水Ｗを添加すると、水位の上昇や、圧粉体１０Ａの溶解によって、水の水面が圧粉体の上面１１Ａに達して、水面下に入って水に浸かる。これにより、水との接触面積を大きくすることができる。これにより、水素発生率を向上できる。
【0040】
以上説明したように、第２実施形態に係る水素発生方法は、第２実施形態に係る水素発生装置２Ａの容器２１内で、水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを含む複数の圧粉体１０を有する水素発生材料１Ａに水を添加する方法であって、水素発生材料１Ａには、圧粉体１０同士の間又は圧粉体１０と容器２１との間に間隙Ｇ１、Ｇ２がある。これにより、水に対する濡れ性が向上し、水が水素発生材料に浸透しやすくなることで、水素化ホウ素ナトリウムの粉末粒子及び酸の粉末粒子が水と接触しやすくなり、また、水が間隙Ｇ１、Ｇ２に浸入するので、水素発生材料と水との接触面積を大きくすることができ、水素発生率を向上できる。
【0041】
以下、第２実施形態に係る水素発生材料の製造方法について説明する。第２実施形態に係る水素発生材料の製造方法は、混合工程と、成形工程とを有する。
【0042】
混合工程は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを混合して混合粉末を作製する工程である。
【0043】
図５は、第２実施形態に係る水素発生材料の製造方法における成形工程を説明する模式的な断面図である。成形工程は、混合粉末１０Ｐを加圧成形して圧粉体１０を作製する工程である。加圧成形は、混合粉末１０Ｐに含まれる水素化ホウ素ナトリウム及び酸の融点以下の温度で行われ、例えば常温で行われる。混合粉末１０Ｐの加圧成形は、例えば、打錠機を用いて行われる。図５の例では、打錠機の下杵Ｐ１の椀状の型に混合粉末１０Ｐを敷き詰めて、上から椀状の型を有する上杵Ｐ２を押し付けて、下杵Ｐ１と上杵Ｐ２との間で混合粉末１０Ｐを圧縮して成形することで凸レンズ状の圧粉体１０が形成される。
【0044】
以上の工程により、第２実施形態に係る水素発生材料を製造できる。
【0045】
以上説明したように、第２実施形態に係る水素発生材料の製造方法は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを混合して混合粉末１０Ｐを作製する混合工程と、前記混合粉末を成形して圧粉体１０を作製する成形工程と、を有する。これにより、原材料の比率が一定に保たれた水素発生材料を提供できる。
【0046】
実施形態１と同様に、酸は、ホウ酸である。これにより、水素発生反応の副生成物を再利用することができる。
【0047】
混合粉末１０Ｐに含まれる、水素化ホウ素ナトリウムに対するホウ酸の質量比が、０．７以上である。これにより、水素発生率を向上できる。
【0048】
（実施例）
以下、本実施形態の効果を説明する実施例により本実施形態をさらに詳しく説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
以下、本実施形態の効果を説明する実施例により本実施形態をさらに詳しく説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
【0049】
表１は、比較例１及び実施例１から８の製造条件、実験条件及び結果を示す表である。試験では、表１に示す製造条件により、比較例１及び実施例１から８に係る水素発生材料を合成した。ここで、表１においてＳＢＨとは、水素化ホウ素ナトリウムを指し、「ホウ酸質量／ＳＢＨ質量」とは、水素化ホウ素ナトリウムに対するホウ酸の質量比を指す。
【0050】
【表1】
【0051】
（比較例１）
比較例１に係る水素発生材料は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末からなる複数の圧粉体である。比較例１では、成形工程として打錠機（Ｔａｉｓｈｉ社製 ＳＰＭ）により平均粒径が３０８μｍの水素化ホウ素ナトリウム粉末を室温で圧縮して凸レンズ状の圧粉体を成形することで、凸レンズ状の外形が保たれた圧粉体を作製した。比較例１に係る複数の圧粉体は、平均して、直径が８ｍｍ、最大厚みが１．７ｍｍ、体積が４３．４ｍｍ３、質量が０．０４５ｇであった。これにより、比較例１に係る複数の圧粉体の平均嵩密度が１．０４ｇ／ｃｍ３、真密度に対する嵩密度が９７％と算出された。ここで、圧粉体の体積は、圧粉体の形状が球欠を２つ重ね合わせた形状であると仮定して算出した。
比較例１に係る水素発生材料は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末からなる複数の圧粉体である。比較例１では、成形工程として打錠機（Ｔａｉｓｈｉ社製 ＳＰＭ）により平均粒径が３０８μｍの水素化ホウ素ナトリウム粉末を室温で圧縮して凸レンズ状の圧粉体を成形することで、凸レンズ状の外形が保たれた圧粉体を作製した。比較例１に係る複数の圧粉体は、平均して、直径が８ｍｍ、最大厚みが１．７ｍｍ、体積が４３．４ｍｍ３、質量が０．０４５ｇであった。これにより、比較例１に係る複数の圧粉体の平均嵩密度が１．０４ｇ／ｃｍ３、真密度に対する嵩密度が９７％と算出された。ここで、圧粉体の体積は、圧粉体の形状が球欠を２つ重ね合わせた形状であると仮定して算出した。
【0052】
比較例１に係る水素発生試験は、図３に示す水素発生装置２Ａを用いて行った。水素発生装置２Ａに係る容器２１は、耐圧性を有する容器であって、容積が５０ｍＬである。実施例８に係る水素発生試験では、容器２１内の温度が９１℃（水素化ホウ素ナトリウムの加水分解反応の反応速度が最も大きくなる温度）となるように加温して、容器２１に比較例１に係る水素発生材料として圧粉体を合計で１．０ｇ投入した後に、容器２１内を気密にし、表１に示すように、添加速度を５ｍＬ／ｍｉｎとし、添加時間を６０秒として、添加速度を５ｍＬ／ｍｉｎとし、添加時間を６０秒として、水素発生材料に水Ｗを添加して、水素発生試験を行った。
【0053】
水素発生試験では、水素発生材料に水Ｗを添加し、水素を発生させた。水Ｗの添加は、ポンプ２３を用いて水素発生材料に水Ｗを滴下することで行った。水Ｗの添加は、単位時間当たりの添加する水Ｗの体積が一定になるように行った。水Ｗの添加は、水の添加開始から所定の時間だけ行い、以降は水Ｗを添加しなかった。表１及び以下の説明において、添加速度とは、単位時間当たり添加する水Ｗの体積を指し、添加時間とは、水Ｗの添加開始から水Ｗの添加を終了するまでの時間を指す。また、以下、水Ｗの添加を開始することを単に添加開始、水Ｗの添加を終了する時間を添加終了として説明することがある。
【0054】
水素発生試験では、温度計ＴＩで、添加開始時の容器２１内の温度を添加開始時温度として測定した。また、圧力計ＰＩで、添加開始から容器２１内の気圧を測定し、水素発生率を算出した。具体的には、添加開始時の容器２１内の気圧をｐ０、添加開始からｔ秒後の容器２１内の気圧をｐｔ、水素発生材料１に含まれる水素化ホウ素ナトリウムが全て式（１）に示す反応により水素を放出したと仮定した場合の容器２１内の気圧をｐＭとして、（ｐｔ－ｐ０）／（ｐＭ－ｐ０）を添加開始からｔ秒後の水素発生率（ｔ秒後水素発生率）として算出した。
【0055】
（実施例１～６）
実施例１から６に係る水素発生材料は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末とホウ酸の粉末とを表１に示す質量で混合した粉末である。すなわち、実施例１から６に係る水素発生材料は、第１実施形態に係る水素発生材料の一例である。実施例１から６に係る水素発生材料は、平均粒径が３０８μｍの水酸化ホウ素ナトリウムの粉末と、ホウ酸粉末（富士フイルム和光純薬、特級）を、表１に示す質量で混合して作製した。実施例１から６に係る水素発生材料は、表１に示す条件として、水素発生試験を行い、水素発生率を測定した。
実施例１から６に係る水素発生材料は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末とホウ酸の粉末とを表１に示す質量で混合した粉末である。すなわち、実施例１から６に係る水素発生材料は、第１実施形態に係る水素発生材料の一例である。実施例１から６に係る水素発生材料は、平均粒径が３０８μｍの水酸化ホウ素ナトリウムの粉末と、ホウ酸粉末（富士フイルム和光純薬、特級）を、表１に示す質量で混合して作製した。実施例１から６に係る水素発生材料は、表１に示す条件として、水素発生試験を行い、水素発生率を測定した。
【0056】
実施例１から６に係る水素発生試験は、図１に示す水素発生装置２を用いて行った。水素発生装置２に係る容器２１は、耐圧性を有する容器であって、容積が５０ｍＬである。実施例１から６に係る水素発生試験では、ヒータ２２を用いて容器２１内の温度が６１℃以上６３℃以下となるように加温して、容器２１に水素発生材料を投入した後に、容器２１内を気密にしてから、水Ｗを添加して、水素発生試験を行った。
【0057】
（実施例７）
実施例７に係る水素発生材料は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末とホウ酸の粉末とを表１に示す質量で混合した粉末である。すなわち、実施例７に係る水素発生材料は、第１実施形態に係る水素発生材料の一例である。実施例７に係る水素発生材料は、平均粒径が３０８μｍの水酸化ホウ素ナトリウムの粉末と、ホウ酸粉末（富士フイルム和光純薬、特級）を、表１に示す質量で混合して作製した。実施例７では、表１に示すように、添加速度を２ｍＬ／ｍｉｎとし、添加時間を１５０秒とし、実施例１と同様の水素発生装置２で、水素発生試験を行った。
実施例７に係る水素発生材料は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末とホウ酸の粉末とを表１に示す質量で混合した粉末である。すなわち、実施例７に係る水素発生材料は、第１実施形態に係る水素発生材料の一例である。実施例７に係る水素発生材料は、平均粒径が３０８μｍの水酸化ホウ素ナトリウムの粉末と、ホウ酸粉末（富士フイルム和光純薬、特級）を、表１に示す質量で混合して作製した。実施例７では、表１に示すように、添加速度を２ｍＬ／ｍｉｎとし、添加時間を１５０秒とし、実施例１と同様の水素発生装置２で、水素発生試験を行った。
【0058】
（実施例８）
実施例８に係る水素発生材料は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末とホウ酸の粉末と混合した粉末からなる複数の圧粉体である。すなわち、実施例８に係る水素発生材料は、第２実施形態に係る水素発生材料の一例である。実施例８では、混合工程として平均粒径が３０８μｍの水素化ホウ素ナトリウム粉末とホウ酸粉末（富士フイルム和光純薬、特級）とを表１に示す質量で混合し、成形工程として打錠機（Ｔａｉｓｈｉ社製 ＳＰＭ）により混合粉末を室温で圧縮して凸レンズ状の圧粉体を成形することで、凸レンズ状の外形が保たれた圧粉体を作製した。実施例８に係る複数の圧粉体は、平均して、直径が８ｍｍ、最大厚みが１．７ｍｍ、体積が４３．４ｍｍ３、質量が０．０５７８ｇであった。これにより、実施例８に係る複数の圧粉体の平均嵩密度が１．３３ｇ／ｃｍ３、真密度に対する嵩密度が９９％と算出された。ここで、圧粉体の体積は、圧粉体の形状が球欠を２つ重ね合わせた形状であると仮定して算出した。
実施例８に係る水素発生材料は、水素化ホウ素ナトリウムの粉末とホウ酸の粉末と混合した粉末からなる複数の圧粉体である。すなわち、実施例８に係る水素発生材料は、第２実施形態に係る水素発生材料の一例である。実施例８では、混合工程として平均粒径が３０８μｍの水素化ホウ素ナトリウム粉末とホウ酸粉末（富士フイルム和光純薬、特級）とを表１に示す質量で混合し、成形工程として打錠機（Ｔａｉｓｈｉ社製 ＳＰＭ）により混合粉末を室温で圧縮して凸レンズ状の圧粉体を成形することで、凸レンズ状の外形が保たれた圧粉体を作製した。実施例８に係る複数の圧粉体は、平均して、直径が８ｍｍ、最大厚みが１．７ｍｍ、体積が４３．４ｍｍ３、質量が０．０５７８ｇであった。これにより、実施例８に係る複数の圧粉体の平均嵩密度が１．３３ｇ／ｃｍ３、真密度に対する嵩密度が９９％と算出された。ここで、圧粉体の体積は、圧粉体の形状が球欠を２つ重ね合わせた形状であると仮定して算出した。
【0059】
実施例８に係る水素発生試験は、図３に示す水素発生装置２Ａを用いて行った。実施例８に係る水素発生試験では、容器２１内の温度が６１℃以上６３℃以下となるように加温して、容器２１に実施例８に係る水素発生材料として圧粉体１０を合計で２．７ｇ投入した後に、容器２１内を気密にし、表１に示すように、実施例７と同様の添加速度及び添加時間で、水素発生材料に水Ｗを添加して、水素発生試験を行った。
【0060】
（評価）
水素発生試験の結果、表１に示すように、水素化ホウ素ナトリウムとホウ酸とを混合した実施例１から実施例６では、水素化ホウ素ナトリウムのみとした比較例１と比べて３００秒後水素発生率が大きくなった。これにより、水素化ホウ素ナトリウムとホウ酸とを混合することで、水素発生率を向上できる。
水素発生試験の結果、表１に示すように、水素化ホウ素ナトリウムとホウ酸とを混合した実施例１から実施例６では、水素化ホウ素ナトリウムのみとした比較例１と比べて３００秒後水素発生率が大きくなった。これにより、水素化ホウ素ナトリウムとホウ酸とを混合することで、水素発生率を向上できる。
【0061】
水素発生試験の結果、表１に示すように、水素化ホウ素ナトリウムに対するホウ酸の質量比を０．７以上とした実施例２から６では、３００秒後水素発生率が９０％以上となり、水素化ホウ素ナトリウムに対するホウ酸の質量比を０．７０未満とした比較例１及び実施例１と比べてより大きくなった。これにより、水素化ホウ素ナトリウムに対するホウ酸の質量比を０．７以上とすることで、水素発生率をより向上できる。
【0062】
水素発生試験の結果、表１に示すように、水素発生材料を圧粉体とした実施例８では、水素発生材料を粉末とした実施例７と比べ、３００秒後水素発生率及び１０００秒後水素発生率が大きくなった。これにより、水素発生材料を圧粉体とすることで、水素発生率をより向上できる。
【0063】
図６は、実施例７及び実施例８に係る水素発生率の推移を示す図である。図６に示すように、添加開始から約３５秒後までの第１段階では、実施例８に係る水素発生材料は、実施例７と比べ大きい速度で水素を放出している。これは、実施例８では、水素発生材料を圧粉体にしたことにより、粉末の状態である実施例７と比べて濡れ性が向上しているため、反応が速く進行したものと考えられる。このとき、実施例８では、水が間隙Ｇ２に溜まり、間隙Ｇ２に露出する圧粉体１０Ｂの下面１２Ｂが、水面下に入って水に浸かることで加水分解反応が起きているものと考えられる。
【0064】
また、図６に示すように、実施例８に係る水素発生材料は、添加開始約３５秒後から添加終了（添加開始から１５０秒後）までの第２段階では、水素発生速度が、平均水素発生速度より大きい時間Ｈ１、Ｈ２がある。ここで、水素発生速度とは、単位時間当たりの水素発生率の変化量を指し、水素発生量を時間微分した値である。平均水素発生速度とは、添加開始から添加終了までの水素発生率の変位を、添加時間で除した値であり、添加時間中の平均的な水素発生速度であるといえる。時間Ｈ１における水素発生速度の増大は、容器２１内の水位上昇や、容器２１の底面にある圧粉体１０Ｂの溶解により、図４に示す間隙Ｇ１にも水Ｗが溜まるようになり、図４に示す間隙Ｇ１に露出する、圧粉体１０Ａの下面１２Ａ及び圧粉体１０Ｂの上面１１Ｂも、水面下に入って水に浸かり、水との接触面積が増大して加水分解反応が起きる面積が増大するためと考えられる。時間Ｈ２における水素発生速度の増大は、容器２１内のさらなる水位上昇や、圧粉体１０Ｂの上にある圧粉体１０Ａの溶解により、水面が圧粉体１０Ａの上面１１Ａに達することで、圧粉体１０Ａの上面１１Ａも、水面下に入って水に浸かるようになり、水との接触面積がさらに増大して加水分解反応が起きる面積がさらに増大するためと考えられる。以上説明したように、実施例８では、水素発生速度が、平均水素発生速度より大きい時間Ｈ１、Ｈ２が少なくとも２回あるので、２回目の該時間Ｈ２の終了時点（添加開始から１００秒時点）での水素発生率Ｙ１を、実施例７の添加終了時の水素発生率Ｙ２より大きくできる。
【0065】
以上、実施例で説明したように、第２実施形態に係る水素発生装置２Ａは、水素化ホウ素ナトリウムの粉末と、酸の粉末とを含む複数の圧粉体１０を有する水素発生材料１Ａと、水素発生材料１Ａを格納する容器２１と、容器２１内に水を供給する給水手段とを備える。容器２１内の水素発生材料１Ａには、圧粉体１０同士又は圧粉体１０と容器２１との間に間隙Ｇ１、Ｇ２がある。これにより、水に対する濡れ性が向上し、水が水素発生材料に浸透しやすくなることで、水素化ホウ素ナトリウムの粉末粒子及び酸の粉末粒子が水と接触しやすくなり、また、水が間隙Ｇ１、Ｇ２に浸入するので、水素発生材料と水との接触面積を大きくすることができ、水素発生率を向上できる。
【0066】
水Ｗの添加を開始する時点から水Ｗの添加を終了する時点までを添加時間とし、添加時間中の水素発生率の変位を添加時間で除した値を平均水素発生速度とした場合、水素発生材料１Ａは、添加時間の間に水素発生速度が平均水素発生速度より大きい時間Ｈ１、Ｈ２が少なくとも２回ある。これにより、短い時間で多くの水素が得られる。
【0067】
以上、本開示の有用な実施例を示し、かつ、説明を施した。本開示は、上述した種々の実施例や変形例に限られず、この開示の要旨や添付する特許請求の範囲に記載された内容を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【符号の説明】
【0068】
１、１Ａ 水素発生材料
１ａ 表面
１０、１０Ａ、１０Ｂ 圧粉体
１１、１１Ａ、１１Ｂ 上面
１２、１２Ａ、１２Ｂ 下面
１０Ｐ 混合粉末
２、２Ａ 水素発生装置
２１ 容器
２２ ヒータ
２３ ポンプ
２４ タンク
Ｇ１、Ｇ２ 間隙
Ｈ１、Ｈ２ 時間
Ｐ１ 下杵
Ｐ２ 上杵
ＰＩ 圧力計
ＴＩ 温度計
Ｗ 水
１ａ 表面
１０、１０Ａ、１０Ｂ 圧粉体
１１、１１Ａ、１１Ｂ 上面
１２、１２Ａ、１２Ｂ 下面
１０Ｐ 混合粉末
２、２Ａ 水素発生装置
２１ 容器
２２ ヒータ
２３ ポンプ
２４ タンク
Ｇ１、Ｇ２ 間隙
Ｈ１、Ｈ２ 時間
Ｐ１ 下杵
Ｐ２ 上杵
ＰＩ 圧力計
ＴＩ 温度計
Ｗ 水
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】