JP2008174771A - 太陽光発電を用いた水素吸蔵装置と水素吸蔵合金電極の形成方法及びその水素吸蔵合金電極 - Google Patents

Abstract

【課題】水素吸蔵合金電極を直接水溶液に浸しながら電解しても酸化され難く、吸蔵した水素を取り出しやすい構造にする。ショックにも耐え安くコンパクトな水素吸蔵装置と、その水素吸蔵合金電極の簡単な形成方法とそれによる電極を提供する。
【解決手段】太陽光発電を用いること、被電解水溶液がアルカリ金属を含む水溶液であること、これが出入りできるカセット内に水素吸蔵合金電極が内蔵していること、アルカリ水溶液を電解で生成させること、カセット内にアルカリ性物質を備え、持続的にアルカリ水溶液の電解になるようにすること、カセットが本体から脱着できるようにした。太陽電池パネルに浮と錘を取り付け、海に浮かべて電解動作ができるようにする。圧縮結着の一体化工程後のコート材を除去する除去工程を入れた簡単に形成する水素吸蔵合金電極を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池での電力で海水などのアルカリ金属を含む水溶液を電解して、アルカリ水溶液を生成させながら水素を発生させ、この水素を負電極としての水素吸蔵合金電極に直接吸蔵させて、その後、この水素を放出させて利用できるようにした太陽光発電を用いた水素吸蔵装置と、その水素吸蔵合金電極の形成方法およびこの方法による水素吸蔵合金電極に関するものである。

水や水溶液を電気分解することにより、水素の製造を始め、様々な工業的応用が展開されている。

従来の電気分解による水素ガスの製造方法として、アルカリ水電解法や、太陽電池を使用した方法が挙げられ、水素は化石燃料に代わるクリーンな新エネルギーとして注目されている。

しかし、従来のアルカリ水電解法では、電気分解に石油や原子力などの既存のエネルギーを利用しているため、近年の地球環境問題やエネルギー問題の観点からは望ましくない。一方、太陽電池は、太陽光の天然の光エネルギーを電気エネルギーに変換可能なことから、クリーンな水素製造方法として期待される。

従来、太陽電池と水電気分解槽と、この水電気分解槽から発生する水素及び酸素に対する水素貯蔵手段及び酸素貯蔵手段とを備え、これらからの水素及び酸素で作動する燃料電池とを有する燃料電池システムがあった（特許文献１参照）。この水素貯留システムにおいては、水素吸蔵合金を内蔵する水素貯留容器と、水素貯留容器に一体化される非導電性容器と、非導電性容器に電磁誘導用のコイルを配設した加熱装置と、水素吸蔵合金を冷却する冷却手段とからなり、水素貯留容器は、非導電性容器に対して出し入れできる構造で、これ自体で運搬自在にされているものがあった。

また、従来、被電解水に少なくとも一部が浸漬された少なくとも一対の電極 と、太陽電池と、水素吸蔵合金とを備え、太陽電池の出力を各電極に印加して被電解水を電気分解すると共に、電気分解により発生した水素を水素吸蔵合金に吸蔵させる水素発生吸蔵装置を備えたＣＯ_２冷媒サイクル装置があった（特許文献２参照）。

しかし、上述の例では、いずれも水電解槽で水を電気分解し、発生した水素と酸素のガスとしてタンクに収納し、そのうちの水素ガスをガス状態で水素吸蔵合金に吸蔵させるものであり、水素吸蔵合金を直接被電解水に浸して電解による水素を吸蔵させるものではなかった。そのために、大型になり、また、水素ガスのパイプによる循環が必要であり、タンク内も水素圧が高くならざるを得ないという問題があった。

これに対して、本出願人は、先に、水溶液を電解して水素を発生させるときに負電極の全部または一部を水素吸蔵電極として用い、これを被電解水溶液に浸し、太陽電池で電気分解して発生する水素を直接水素吸蔵電極に吸蔵させることを提案いている（特許文献３参照）。また、太陽電池の正極と負極とを水溶液に浸しながら発電させて使用する太陽電池において、水溶液より比重を小さくさせたフロートを基板に備えて、被電解水に浮かすようにした太陽電池を提案した（特許文献４参照）。

従来、アルカリ性溶液中に浸す水素吸蔵合金電極は、ニッケル水素電池の開発で、活発化してきた（特許文献５参照）。しかし、ニッケル水素電池では、充放電に伴い水素の吸収と放出が特定のアルカリ性溶液中で水素イオンの出入りとして行われるのに対して、本発明の水素吸蔵合金電極は、海水のような被電解質を用いるので、不特定の色々のイオンの存在の下での水素イオンの吸蔵のみの動作であること、更に、水素の放出に関しては、アルカリ性溶液から取り出し、気体中での加熱放出や減圧放出など水素ガスとして放出させるもので、これらに最適な構造にする必要がある。
特開平９−５０８２０号公報 特開２００６−４６８７２号公報 特開２００２−１７０９８０号公報 特開２００４−２８１７０８号公報 特開２００２−４２８０１号公報

しかし、普通の太陽電池の場合は、得られた起電力を別の電極へ導いて電気分解を行なわなければならず、そのため接続配線が必要で、さらに電極の固定など、煩雑で大型になってしまうという問題がある。

また、水素吸蔵合金は酸化されやすく、普通の水溶液に浸す場合には、水素吸蔵合金が酸化されて不活性化されるので、水素の吸蔵ができなくなってしまうという問題があった。このため、強アルカリ性水溶液中で電気分解する必要があった。

また、太陽電池パネルを陸上に設置しようとした場合に、暴風雨に晒されて、その固定が大掛かりにならざるを得なかった。更に、広大な設置面積として日当たりの良い土地を確保することは、極めて限られるし、コストが高くつくことになる。これに対して、広大な面積を有する大海は、日当たりもよく、大海に浮かせて使用できる太陽電池パネルは、その設置費用は少なくて済み、極めて好都合である。

本発明では、太陽電池の電力で、負極に接続した、例えば、Ｍｍ（Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ）−Ｎｉ系、Ｔｉ−Ｎｉ系、Ｔｉ−ＮｉＺｒ（Ｔｉ_2-xＺｒ_x Ｖ_4-y Ｎｉ_y ）_1-z Ｃｒ_z 系などの水素吸蔵合金を用いた水素吸蔵合金電極を直接水溶液に浸しながら電解し、水素を発生させて吸蔵するに際し、水素吸蔵合金が酸化され難いようにすると共に、吸蔵した水素を取り出しやすい構造にすること、更に暴風雨に晒されても耐え安い構造にした小型の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置を提供することと共に、それに用いる水素吸蔵合金電極の簡単な形成方法とその方法による水素吸蔵合金電極を提供すること目的とする。

上記の目的達成のため、本発明の請求項１の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置は、太陽電池の電力を用いて水溶液を電解し、そのときに発生した水素を水素吸蔵合金電極に吸蔵させる水素吸蔵装置において、太陽電池の負極を水素吸蔵合金電極に接続してあり、この水素吸蔵合金電極は、電解するときの負電極材料の少なくとも一部として用いてあり、被電解水溶液に浸るようにしたこと、被電解水溶液は、アルカリ金属を含む水溶液であること、この水溶液の電解によりアルカリ性水溶液が生成され、このアルカリ性水溶液に水素吸蔵合金電極が浸るようにしたこと、この水素吸蔵合金電極は、被電解水溶液が出入りできるようにしたカセット内に内蔵していること、このカセットは、水素吸蔵装置から脱着可能であること、を特徴とするものである。

水素吸蔵合金電極は、普通の水溶液に晒されると直ぐ酸化されてしまい、不活性化されて水素の吸蔵ができなくなってしまう。そのため、例えば、ニッケル水素燃料電池などでは、アルカリ水溶液に水素吸蔵合金電極が常に浸るようにしている。このために、本発明では、一般に海水や食塩水のように中性であってもアルカリ金属を含む水溶液を電気分解するとその負極付近に強アルカリ水溶液が生成することを利用しており、継続的に水素吸蔵合金電極が酸化され難いようにしている。

また、本発明では、被電解水溶液が出入りできるようにしたカセット内に水素吸蔵合金電極を内蔵しており、太陽電池の負極と電気的に接続してあり、水素吸蔵合金電極自体も負極として作用するので、この周辺に生成された強アルカリ水溶液が拡散などで逃げ出し難い構造にしている。

また、本発明では、水素吸蔵合金電極を内蔵したカセットにして水素吸蔵装置から脱着可能にしてあり、後で、カセットを所定の施設に運搬して、そこで吸蔵された水素を加熱するなどして水素ガスとして取り出すことができるようにしている。

本発明の請求項２の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置は、太陽電池と正電極およびカセットを装着するカセットホルダとは、一体化構造にした場合である。本発明の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置は、この装置を海に沢山浮かべて使用する場合を主に想定しているので、可能な限りコンパクトであり、暴風雨にも耐える頑丈な構造が求められる。従って、可能な限り一体化させた構造としている。

本発明の請求項３の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置は、被電解水溶液が、アルカリ金属の塩化物が溶解している水溶液であり、特に被電解水溶液が海水や容易に入手可能な食塩を含む食塩水を用いる場合などである。もちろん、被電解水溶液は、アルカリ金属を含むアルカリ性水溶液でも良い。

本発明の請求項４の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置は、カセット内に、アルカリ性物質を備え、被電解水溶液に浸したときの水素吸蔵合金電極の酸化を防止するようにした場合である。上述したように水素吸蔵合金電極は、普通の水に晒されると直ぐに酸化してしまい、不活性化されて水素の吸蔵ができなくなる。従って、中性である海水などの水に晒されると不活性化されるので、カセット内にアルカリ性物質を備えておき、海水などに水素吸蔵合金電極が浸ったときに直ぐに強アルカリ性水溶液になるようにした場合である。

カセット内に、アルカリ性物質を備える方法には、種々あるが、例えば、カセット内のある特定の場所に、水酸化ナトリウム（NaOH）や水酸化カリウム（KOH）などの保管場所を形成してあり、被電解水溶液に浸ったときにそこに溶け出し、カセット内を強アルカリ性水溶液にさせるようにしても良いし、むしろ、水素吸蔵合金電極内の特定の場所にアルカリ性物質を備えるようにしても良いし、または、濃いアルカリ性水溶液に浸しておき、その後、乾燥させて溶けていた水酸化ナトリウムなどを水素吸蔵合金電極の多孔内に残留させるようにしても良い。

本発明の請求項５の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置は、錘と浮とを備え、被電解水溶液に浮かべるような構造にした場合である。太陽電池をパネル状にして海水などの被電解水溶液に浮かべて動作させることを想定している。この場合、パネル状太陽電池は、海水の上に顔を出して太陽からの光を受光する。暴風雨に対しても錘や浮により安定して保持できるような構造が求められる。本発明は、錘や浮の配置は別として、パネル状太陽電池が、多少の海水を被っても良いが、通常、太陽電池の受光部が海水の上に顔を出して太陽からの光を受光できる構造にした場合である。

本発明の請求項６の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置は、錘が水素吸蔵合金電極を内蔵するカセットを主体とした場合で、可能な限りコンパクトで安価な水素吸蔵装置を達成するために、錘の大部分が、水素吸蔵合金電極を内蔵するカセットであるような構造にした場合である。もちろん、水素吸蔵装置を海上に浮かせて動作させるのに、更に安定性を確保するために、更にカセット以外の錘を下にぶら下げるような構造にする方が良い場合もある。

本発明の請求項７の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置は、被電解水溶液に浸る部分の正電極にカーボン系材料を用いた場合である。実験結果によると、正極に白金や金を用いても電解時にエッチングされてしまうことが確認された。カーボン電極であると電解電圧は大きくなるが安定に動作することが確認されている。カーボン系材料として、カーボンファイバーやこれを織り込んだ材料、更には、カーボンブラックを多量に含み導電性を確保したゴム系材料やプラスチック材料などが該当する。

本発明の請求項８の水素吸蔵合金電極の形成方法は、水素吸蔵合金電極の形成方法であって、この水素吸蔵合金電極を構成する原材料である粉末状水素吸蔵合金の表面に導電材料をメッキなどでコートするコート工程、このコート工程を経た粉末状水素吸蔵合金を圧縮して、この導電材料のコート材を介して結着し一体化させる一体化工程、この一体化工程後、前記コート材の一部を化学的に除去し、結着した粉末状水素吸蔵合金の表面の少なくとも一部を露出させるための導電材料の除去工程を含むことを特徴とするものである。ただし、コート材が導電性のゴム系やプラスチックなどの場合は、そのまま一体化工程に移るので、コート工程は皮膜形成ではなく、その後の一体化工程終了後に、粉末状水素吸蔵合金の表面に互いに結着する皮膜形成がなされることになる。

本発明の水素吸蔵合金電極の形成方法の特徴と目的は、更に次のように説明することもできる。先ず、コート工程として、粉末状水素吸蔵合金の表面を導電性材料であるコート材で、それぞれ少なくとも数ミクロンメートルの厚みのコーティングを無電界メッキや塗布などでまとめて形成しておくか、導電性のゴム系やプラスチックなどの場合は、これらの粉末と混ぜるか溶剤で溶かして粉末状水素吸蔵合金と混ぜるかしておく。その後、これをプレスや圧延の圧縮工程で圧縮して、コート材を接着層として粉末状の水素吸蔵合金を結着させために、プレスによる一体化工程では、所定の形状の電極を形成するための型にコート工程を経た粉末状水素吸蔵合金を入れて、圧縮する。また、圧延基板にコート工程を経た粉末状水素吸蔵合金を、または、コート工程を兼ねて導電性ゴムなどと混ぜた粉末状水素吸蔵合金を、塗布しておき、圧延による圧縮で一体化工程を行う。この結着させるための接着層を結着材料としてコート材を利用するものである。したがって、コート材には、水素吸蔵合金電極として利用するための導電性が必要であり、１００℃以上の高温にして、水素をガスとして取り出すことから耐熱性が必要である。 更に、水素吸蔵合金電極は、太陽電池の負極として利用するので、常に負の電位になっているので、被電解水溶液に溶けることがないから銅などのアルカリ性水溶液の被電解水溶液に、本来溶ける金属をコート材として使用しても良い。しかし、電極配線が遮断させられた場合、このアルカリ性水溶液の被電解水溶液に晒されることになるから、できるだけ、ニッケル（Ni）などの耐アルカリ性材料が望ましい。

次に、多孔質水素吸蔵合金電極の被電解水溶液に晒される部分は、水素吸蔵合金が露出すべきであるから、それぞれ粉末状水素吸蔵合金同士が圧縮工程で強く結着した部分を除き、残った部分の表面のコート材をエッチングや溶剤による溶出などの化学的反応により除去する除去工程で、一体化された多孔質の多孔面には元来の粉末状水素吸蔵合金の各粒の水素吸蔵合金が露出した状態となっている水素吸蔵合金電極が作製される。

コート材として、ニッケル（Ni）を用いるときには、粉末状水素吸蔵合金を無電界ニッケルメッキ液で処理して、5ミクロンメートル程度の厚みにメッキしても良いし、ゴムやプラスチックにカーボンブラックを混ぜて導電性が大きくなるようにしたものを用いても良い。ニッケル（Ni）を用いたときには、除去工程で、多孔質水素吸蔵合金電極の多孔部から希硝酸などの弱酸を浸入させて、強く結着している部分を除く粉末状水素吸蔵合金の微粒子表面のコート材を化学的にエッチング除去して、粉末状水素吸蔵合金の表面を露出させることができる。このようにして、電解による水素の吸蔵が容易になるようにすることができる。他の金属のメッキにおいても同様にすることができる。また、上述のゴムやプラスチックにカーボンブラックを混ぜてコート材では、ゴムやプラスチックの溶剤を多孔質水素吸蔵合金電極の多孔部から浸入させて、同様に、強く結着している部分を除いた部分のゴムやプラスチックを溶解して、粉末状水素吸蔵合金の表面を露出させることができる。

圧縮工程では、コート工程後のコート材でコートされた粉末状水素吸蔵合金同士だけでプレスで合体させて所定の形状にも良いが、鋼やニッケルなどの箔や板状の圧延基板にローラなどで圧延しても良い。圧延基板がアルカリ性溶液に侵食される場合には、その表面を耐アルカリ性溶液の物質でしかも水素放出に使用する高温に十分耐える導電性物質（例えば、ニッケル）などで、コーティングしておいた方が良い。これを次の除去工程に送り、これを巻いたり、重ねたりして所定の大きさの多孔質の水素吸蔵合金電極を形成しても良い。

本発明の請求項９の水素吸蔵合金電極は、請求項８に記載の形成方法により形成されたことを特徴とするものである。

本発明の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置は、アルカリ金属を含む水溶液を被電解水溶液として用いるので、負電極付近に水酸化ナトリウム水溶液のような強アルカリ性水溶液が生成されるために、水素吸蔵合金電極が酸化させずに水素を吸蔵できるという利点がある。

本発明の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置では、被電解水溶液が海水のように中性でも、水素吸蔵合金電極が内蔵されているカセット内に、アルカリ性物質を備え、被電解水溶液に浸したときに、アルカリ性物質が溶け出し、強アルカリ性水溶液になるので、水素吸蔵合金電極の酸化を防止し、その不活性化を防ぐことができるという利点がある。なお、一度電解が始まると、上述のように水素吸蔵合金電極がある負電極付近に強アルカリ性水溶液が生成されて補給されるために、その後の電解において継続的に不活性化を防ぐことができる。

太陽電池の電力を用いて、例えば、海に浮かべて海水を電解するので、無尽蔵のエネルギー源としての水素を取り出すことができると共に、水素を燃やしてもクリーンなエネルギー源として利用できるという利点がある。また、例えば、海に浮かべて使用した場合に、暴風雨に晒されて揺れ動いても太陽電池のパネルは、太陽光を受光できるように、錘と浮とを備えて復元できるようにしてあり、コンパクトな装置と利用できるようにしている。

錘として水素吸蔵合金電極を内蔵するカセットを主体にできるので、コンパクトな水素吸蔵装置となりえる。

太陽電池と正電極およびカセットを装着するカセットホルダとは、一体化構造にした構造としているので、コンパクトな装置で、海水に浸っても腐食を防止するようなコーティングなどが容易な構造にできるという利点がある。なお、一体化構造でも、修理などの目的で、ネジなどで分解ができる構造が望ましい。

水素吸蔵合金電極は、被電解水溶液が出入りできるようにしたカセット内に内蔵しており、更に、このカセットは、水素吸蔵装置から脱着可能にしているので、容易にカセットを取り外して、所定の設備のある場所まで運搬して、水素吸蔵合金電極を内蔵したカセットを加熱するなどして、水素を取り出すことができるという利点がある。なお、所定の設備のある場所とは、特別の施設でも良いし、水素を燃料として利用する、例えば、自動車でもよい。

水素吸蔵装置から水素を吸蔵した水素吸蔵合金電極を内蔵するカセットを取り外したら、未だ水素を吸蔵していない別の水素吸蔵合金電極を内蔵するカセットにその場で交換するようにできるので、無駄なく水素吸蔵装置を動作させることができるという利点がある。

上述では、海に浮かべて利用することを述べたが、例えば、工場や各家庭で、アルカリ金属の塩化物が溶解している水溶液としての食塩水のタンクや水槽に浮かべて、太陽電池の電力を利用して水素を取り出すようにすることもできるので、クリーンなエネルギーの製造を分散させることもできるという利点がある。

被電解水溶液に浸る部分の正電極にカーボン系材料を用いるので、安定で耐久性のある水素吸蔵装置が提供できるという利点がある。

本発明の水素吸蔵合金電極の形成方法においては、粉末状の水素吸蔵合金の表面に導電材料をコートすることができると共に、圧縮工程で多孔質となることを利用して、コート材のエッチング液や溶剤を注入して除去して、被電解水溶液に直接接触する粉末状水素吸蔵合金の表面を露出させることが容易にできるという利点がある。

本発明の水素吸蔵合金電極の形成方法で、コート材として金属メッキ皮膜のような皮膜を形成するコート工程を経た場合、圧縮する一体化工程後は、結着した粉末状水素吸蔵合金に隙間ができて多孔質となるので、容易にコート材のエッチング液が入り込めるし、その他のコート工程でもそのコート材の溶剤を注入して、強く結着した箇所を除き、コート材を除去して、多孔質で特定の形状に整形されて、粉末状水素吸蔵合金のそれぞれの表面が露出した水素吸蔵合金電極が作成されている。しかし、実際に太陽光発電を用いた水素吸蔵装置を海に浮かべて海水を電解して、水素を水素吸蔵合金電極に吸蔵する際、水素吸蔵合金電極の粉末状水素吸蔵合金部分の露出した表面に、海水中に含有する他の正イオン金属や分子などのメッキが行われたり、細菌の繁殖や汚染物質の付着が起こるなどして、これらが水素の吸蔵を妨げることになる。したがって、水素をガスとして放出させて取り出した後などに、水素吸蔵合金電極を再生する必要がある。このためには、上述の多孔質の水素吸蔵合金電極であることを利用して、この多孔を通して酸やアルカリ水溶液、更には溶剤などで洗浄、除去して再生させることができるという利点がある。

以下、本発明の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置について、図面を参照して、実施例に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置の一実施例を示す断面概略図で、海に浮かべた場合の様子を示したものである。浮９により海に浮かぶようにしてあり、水素吸蔵合金電極２を内蔵するカセット３を錘８の主体としているので、太陽電池１の負極５と電気的に負電極１５を介して接続されている水素吸蔵合金電極２と、太陽電池１の正極４に電気的に繋がる正電極１４とは、被電解水溶液である海水中で、常に海水に浸るようにしてある。太陽電池１はパネル状にしてあり、その受光部１０１は、太陽がある大気中に顔を出している様子である。また、本実施例では、錘８が水素吸蔵合金電極２を内蔵する脱着可能なカセット３（図3参照）が主体となる構造の場合を示している。

図２には、図3に示すカセット３を取り外したときの太陽電池と正電極およびカセットを装着するカセットホルダとを一体化構造にした本発明の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置の一部（以下、本体と呼ぶことにする）の一実施例の断面概略図を示している。図3には、脱着可能なカセット３の一実施例の断面概略図を示しており、このカセット３の内部に、水素吸蔵合金電極２が装着されている状態を示している。

本発明の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置の構造の概要ついて説明すると次のようである。パネル状にした太陽電池１の受光部１０１に、支持板１０を介して浮９と水素吸蔵合金電極２を内蔵するカセット３を支持するためのカセットホルダ２３とが一体化された本体の構造となっている。この本体の様子を図2に示している。

本実施例は、この太陽光発電を用いた水素吸蔵装置を海に浮かべて、海水を被電解水溶液として使用する場合を想定している。太陽光発電を用いた水素吸蔵装置のパネル状太陽電池１が、錘８と浮9とでうまくバランスするように設計してあり、海に浮かべた水素吸蔵装置は、暴風雨に晒されて、ひっくり返っても、パネル状太陽電池１の受光部１０１が再び海面に出て、太陽光を受光できるように設計してある。

図1を参照して、本発明の動作について説明すると次のようである。パネル状太陽電池１で発電した電力により海水である被電解水溶液を電解する。本来、水の電気分解に必要な電圧は２．１Vであるが、電極降下など種々の電圧降下を考慮すると、６V以上あった方が良い。太陽電池の正極４と太陽電池の負極５とは、太陽電池１のパネルに形成してあり、電気絶縁性の支持板１０に埋め込まれた正電極用導体２４と負電極用導体２５を介して、それぞれカーボン系の正電極１４と負電極１５に接続されている。正電極１４はそのまま被電解水溶液である海水に浸るが、負電極１５は、負電極１５の一部として利用されるカセット３に内蔵した水素吸蔵合金電極２に電気的に接続されるようにしている。カセット３は本体から脱着できるようにネジ構造などで本体に留められるようにしている。また、カセット３には、アルカリ性物質の収納箱７を設けてあり、最初に海水に漬けたときに、その内部に備えた水酸化ナトリウムなどのアルカリ性物質６が海水に混じり溶け出し、水素吸蔵合金電極２を強アルカリ性水溶液にするようにしている。これにより、水素吸蔵合金電極２の酸化などによる不活性化を防止することができる。また、カセット３に海水が出入りできるように、カセット３を多孔質材料にするか、孔を空けておくなどすると共に、アルカリ性物質の収納箱７も容易に海水が出入りできるように多孔質材料か、孔を空けておくようにしている。このようにカセット３を多孔質材料にするなどして海水中のゴミなどのフィルタの役割も担うように配慮している。

太陽電池１の電力により海水の電解が始まると、負電極１５の一部として利用する水素吸蔵合金電極２では、アルカリ水溶液の電気分解となり、水素が発生する。多くの場合、水素ガスとならずに正にイオン化した水素がそのまま水素吸蔵合金電極２に取り込まれる。しかし、一部は水素ガスとして放出するので、カセット３の内圧が高まる。内圧がある程度高い方が水素吸蔵合金電極２への水素吸蔵は有利であるが、海水の出入りが阻害されることや、カセット3が破裂するなどことなどを避けるために、圧力バランス孔１１０を設けている。

カセット３や支持板１０の材質は、電気絶縁材料の方が好都合であるが、金属のような導体を使用した場合は、少なくとも電極と接する部分は、電気絶縁性の材料でコーティングするなどして、太陽電池１の正負の電極の短絡を防ぐようにする必要がある。

カセット3の一部であるカセットキャップ１３は、例えば、ネジなどでカセット3に留めるようにしてあり、カセットキャップ１３を取り外して、水素吸蔵合金電極２を脱着できるようにしている。また、カセットキャップ１３には、アルカリ性物質挿入口１７を設けてあり、水酸化ナトリウムなどのアルカリ性物質６が何度も挿入できるようにし、栓１０７で、蓋をするようにしている。

正電極１４では、海水の場合は主に、塩素ガスが発生する。発生した塩素ガスなどの生成ガスは、正電極１４の隙間や、必要に応じて正電極１４に設けた孔を通して外部に放出されるようにした場合を本実施例では示している。もちろん、正電極１４での発生ガスを採集して利用するようにしても良い。

正電極１４は、例えば、カーボンファイバを織り込んであり、更にカーボンブラックを混入した導電性ゴム系物質にし、導電性であるカーボンファイバもしくはカーボンブラックが被電解水溶液である海水に直接接触するようにしている。この方が、大海に浮かせ、暴風雨に晒されて、水素吸蔵装置同士が互いにぶつかり合ってもショックに耐える構造にすることができる。もちろん、ここでは、採用しなかったが、正電極１４の周りを更に金属などの板などで囲み、ガード板として備えるようにしても良い。これらは、修理や補修、更には再生などを考慮して、取り外しが可能な分解できる構造にしておく方が良い。

図４は、本発明の水素吸蔵合金電極の形成方法に関して、製造の各工程を説明するための粉末状水素吸蔵合金２０を核として水素吸蔵合金電極を形成して行く各過程を示した概略図である。図4（a）には、例えば、その粒径が２００マイクロメートルのニッケル（Ni）を含む粉末状水素吸蔵合金20の微粒子を描いている。図4（ｂ）には、粉末状水素吸蔵合金２０の表面に一様にコート材２０１として、ニッケル（Ni）の無電界メッキにより約５マイクロメートルの厚みでニッケルメッキした状態を示している。これがコート工程である。図4（ｃ）には、コート工程終了後にプレスにより所定の形状に加圧整形して、コート工程を経た粉末状水素吸蔵合金を圧縮してコート材２０１を介して結着一体化させた状態の一体化工程後の状況を描いた概略図である。この場合、コート材２０１が言わば、粉末状水素吸蔵合金同士を接着している接着剤の役目をしている。図4（ｄ）には、一体化工程後に、多孔性を利用して、その多孔を通して希硝酸に浸して強く結着しているコート材結着部２０２を除くコート材２０１をエッチング除去して、コート材除去部２１０を形成し、結着した粉末状水素吸蔵合金の表面の少なくとも一部を露出させている様子を描いている。この工程が除去工程である。

図5には、本発明の水素吸蔵合金電極の形成方法の特徴の工程のフロー図を示している。ここでは、粉末状水素吸蔵合金２０を用意し、これをコート工程、一体化工程、除去工程の順に流し、最終的に水素吸蔵合金電極が作製される工程のフロー図をブロック図として示している。

本発明の水素吸蔵合金電極の形成方法では、粉末状水素吸蔵合金２０を用意し、これをコート工程、一体化工程、除去工程の順に流す工程を経て、最終的に水素吸蔵合金電極を作製するが、図６は、本発明の水素吸蔵合金電極の形態の一実施例を示すもので、この発明の水素吸蔵合金電極の形成方法における一体化工程を、所定の大きさの型にコート工程を経た粉末状水素吸蔵合金２０を入れて、プレスにより圧縮させて結着させて、一体化させた水素吸蔵合金電極２の一実施例の概略図を示したものである。図面では、粉末状水素吸蔵合金２０の粒子を誇張して大きく描いている。例えば、略直方体の水素吸蔵合金電極２の長手方向の寸法は、２０ｃｍ程度である。コート材２０１として、例えば、ニッケルメッキ層を利用した場合である。

図７は、本発明の水素吸蔵合金電極の形態の他の一実施例を示すものである。上述の実施例４で示した場合の図6では、コート工程を経た粉末状水素吸蔵合金２０を入れて、プレスにより圧縮させて結着一体化させて一体化工程としたが、本実施例の図7では、例えば、ニッケルメッキした鋼板を圧延基板１５０として、この表面と裏面の双方に、コート工程を経た粉末状水素吸蔵合金２０を、例えば、粘度調整用液体や液体接着剤を粘度調整しながら塗布しておく、または、コート工程を経る前の粉末状水素吸蔵合金２０にコート工程を兼ねて、例えば、ゴム系の液体などにカーボンブラックなどを混ぜるなどして、粘度調整しながら塗布しておき、これをローラで圧延圧縮させて、結着一体化させた板状の水素吸蔵合金電極２を示している。もちろん、単なる粘度調整用液体は、加熱により粘度調整用液体を取り除くことができるが、コート材２０１の除去工程では、コート材２０１の有機溶剤などを使用してコート材２０１のコート材結着部２０２を残して溶出して、コート材除去部２１０を形成することができる。

図８は、本発明の水素吸蔵合金電極の形態の他の一実施例を示すもので、上述の実施例５における図７で作製された板状にした水素吸蔵合金電極2を巻いて、一個の巻型の水素吸蔵合金電極2にした例を示している。巻かれた圧延基板１５０を他の電極板と接合して、従来の巻型のコンデンサ素子の一方の電極のように、一括した負電極１５を形成することができるし、このようにすることによりコンパクトになると共に電極の抵抗が小さくなるので好都合である。

実施例として図示しないが、コート材２０１として、前述のように、例えば、ゴムやプラスチックにカーボンブラックを混ぜて導電性が大きくなるようにしたものを用いても良い。そして、除去工程では、ゴムやプラスチックの溶剤を含浸させて溶出して、コート材結着部２０２を除くコート材２０１を除去して、コート材除去部２１０を形成し、結着した粉末状水素吸蔵合金の表面の少なくとも一部を露出させるようにすることもできる。

一般に、水素吸蔵合金は水素を吸蔵するとその体積が膨張するので、割れやすく、最初から粉末状態が望ましい。また、水素吸蔵合金電極２も水素を吸蔵および放出に伴う内部応力耐えるように、コート材結着部２０２もフレキシブルになるような材料の選択と厚み、さらにコート材除去部２１０を含む多孔の体積の割合を大きくする方が望ましい。

本発明の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置は、大海に沢山浮かべて使用する場合を主に想定している。したがって、可能な限りコンパクトであり、暴風雨にも耐える頑丈な構造が求められる。太陽電池をパネル状にしてその電力を用いて、太陽電池の負極を水素吸蔵合金電極にして、被電解水溶液としての海水に直接浸し、これを電解し、そのときに発生した水素を水素吸蔵合金電極に直接吸蔵させる水素吸蔵装置である。一般に水素吸蔵合金はアルカリ性水溶液でないと酸化されてしまうので、最初から海水もアルカリ水溶液になるような工夫をしてあり、更に、海水を電解するとアルカリ水溶液が生成することから、中性の海水を電解しても持続的にアルカリ性水溶液を電解することになるように仕向けていることも特徴である。また、この水素吸蔵合金電極は、被電解水溶液が出入りできるようにしたカセット内に内蔵していること、このカセットは、水素吸蔵装置から脱着可能であることから、水素を吸蔵した水素吸蔵合金電極を内蔵したカセットを、水素を水素ガスとして放出させる施設や場所に運搬できるようにしている。水素吸蔵合金電極から水素ガスを取り出す場所は自動車でも良く、そこでは水素ガスを燃料として利用することも、さらに、燃料電池として使用することもできる。水素吸蔵合金電極から水素ガスを取り出す方法は、種々考えられるが、水素吸蔵合金電極を加熱することが最適であろう。水素を放出させた水素吸蔵合金電極は、その表面に付着した海水中の各種イオンのメッキ膜や汚染物質などを除去するなどして再生して、再利用可能な状態に戻すことができる。

近年、多くの水素吸蔵合金が開発されており、市販されているので、容易にしかも安価に粉末状水素吸蔵合金が入手可能であり、安価な太陽光発電を用いた水素吸蔵装置が提供できる。

本発明の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置の一実施例を示す断面概略図である。（実施例１） 、本発明の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置の一部(本体)の一実施例を示す断面概略図である。（実施例１） 本発明の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置の脱着可能なカセットの一実施例を示す断面概略図である。（実施例１） 本発明の水素吸蔵合金電極の形成方法に関して、製造の各工程を説明するための粉末状水素吸蔵合金２０を核として水素吸蔵合金電極を形成して行く各過程を示した概略図である。（実施例２） 本発明の水素吸蔵合金電極の形成方法の特徴的工程のフロー図を示している。（実施例３） 本発明の水素吸蔵合金電極の形態の一実施例を示している。（実施例４） 本発明の水素吸蔵合金電極の形態の他の一実施例を示すものである。（実施例５） 発明の水素吸蔵合金電極の形態の他の一実施例を示す。（実施例６）

符号の説明

１ 太陽電池
２ 水素吸蔵合金電極
３ カセット
４ 太陽電池の正極
５ 太陽電池の負極
６ アルカリ性物質
７ アルカリ性物質の収納箱
８ 錘
９ 浮
１０ 支持板
１３ カセットキャップ
１４ 正電極
１５ 負電極
１７ アルカリ性物質挿入口
２０ 粉末状水素吸蔵合金
２３ カセットホルダ
２４ 正電極用導体
２５ 負電極用導体
１０１ 受光部
１０７ 栓20
１１０ 圧力バランス孔
１５０ 圧延基板
２０１ コート材
２０２ コート材結着部
２１０ コート材除去部

Claims (9)

1. 太陽電池の電力を用いて水溶液を電解し、そのときに発生した水素を水素吸蔵合金電極に吸蔵させる太陽光発電を用いた水素吸蔵装置において、太陽電池の負極を水素吸蔵合金電極に接続してあり、該水素吸蔵合金電極は、電解するときの負電極材料の少なくとも一部として用いてあり、被電解水溶液に浸るようにしたこと、被電解水溶液は、アルカリ金属を含む水溶液であること、該水溶液の電解によりアルカリ性水溶液が生成され、該アルカリ性水溶液に水素吸蔵合金電極が浸るようにしたこと、該水素吸蔵合金電極は、被電解水溶液が出入りできるようにしたカセット内に内蔵していること、該カセットは、前記水素吸蔵装置から脱着可能であること、を特徴とする太陽光発電を用いた水素吸蔵装置。
2. 太陽電池と正電極およびカセットを装着するカセットホルダとは、一体化構造にした請求項１に記載の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置。
3. 被電解水溶液は、アルカリ金属の塩化物が溶解している水溶液である請求項１または２のいずれかに記載の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置。
4. カセット内に、アルカリ性物質を備え、被電解水溶液に浸したときの水素吸蔵合金電極の酸化を防止するようにした請求項１から３のいずれかに記載の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置。
5. 錘と浮とを備え、被電解水溶液に浮かべるような構造にした請求項１から４のいずれかに記載の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置。
6. 錘が水素吸蔵合金電極を内蔵するカセットを主体とした請求項５に記載の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置。
7. 被電解水溶液に浸る部分の正電極にカーボン系材料を用いた請求項１から６のいずれかに記載の太陽光発電を用いた水素吸蔵装置。
8. 水素吸蔵合金電極の形成方法であって、該水素吸蔵合金電極を構成する原材料である粉末状水素吸蔵合金の表面に導電材料をコートするコート工程、該コート工程を経た粉末状水素吸蔵合金を圧縮して、該導電材料であるコート材を介して結着し一体化させる一体化工程、該一体化工程後、前記コート材の一部を化学的に除去し、結着した粉末状水素吸蔵合金の表面の少なくとも一部を露出させるためのコート材の除去工程を含むことを特徴とする水素吸蔵合金電極の形成方法。
9. 請求項８記載の形成方法により形成されたことを特徴とする水素吸蔵合金電極。

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