專利名稱：氫氣產生體、氫氣產生裝置、以及發(fā)電裝置及驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及產生氫氣的氫氣產生體以及使用該氫氣產生體的氫氣產生裝置。本發(fā)明涉及應用氫氣的發(fā)電裝置以及驅動裝置。
背景技術：
近年來，對有效地利用氫氣的各種各樣技術進行了開發(fā)。例如，燃料電池通過氫和氧的化學反應可以發(fā)電。此外，燃料電池除了其發(fā)電效率高之外，其排熱也可以被利用(專利文獻I)。此外，對通過直接燃燒氫而驅動的氫氣引擎也進行了開發(fā)。因為氫氣引擎作為廢氣主要排放出水蒸氣，所以可以抑制如現(xiàn)有的汽油引擎那樣的導致溫室效應及環(huán)境污染的氣體的排放，并且作為對環(huán)境負荷小的引擎其實用化受到期待。作為生成氫氣的方法，已知例如利用水的電解的方法及對碳化氫進行改性的方法。[專利文獻I]日本專利申請公開11-281072號公報但是，在生成氫氣的方法中，當利用水的電解生成氫氣時，需要多個電能級。此外，當采用對碳化氫進行改性而生成氫氣的方法時，會產生二氧化碳等溫室效應氣體。并且，因為作為碳化氫使用石油等化石燃料或生質乙醇等，所以難以減輕對環(huán)境的負荷。另一方面，作為供應生成的氫氣的方法，已提出了設立加氫站(hydrogen filling station)等，對氣瓶等填充高壓縮氫氣等的方法，但是高壓縮氫氣的引起爆炸等的危險性高，所以又出現(xiàn)保管時及運輸時的安全管理的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述技術背景而提出的。從而本發(fā)明的一個方式的課題之一是提供能夠高效且穩(wěn)定地供應氫氣，安全且對環(huán)境負荷小的氫氣產生體。此外，本發(fā)明的一個方式的課題之一是提供應用該氫氣產生體的氫氣產生裝置。此外，本發(fā)明的一個方式的課題之一是提供應用該氫氣產生裝置的發(fā)電裝置以及驅動裝置。為了解決上述課題，本發(fā)明著眼于由硅和水的氧化還原反應產生氫(H2)的現(xiàn)象。 可以通過使在金屬表面上形成有表面積大的硅微小結構物的氫氣產生體與水接觸，高效地產生氫氣。此外，可以利用金屬表面和娃微小結構物之間的金屬娃化物層忙藏氫氣。就是說，本發(fā)明的一個方式是通過接觸于水而產生氫氣的氫氣產生體，包括具有金屬表面的基底以及基底上的針狀或穹頂狀的硅結構物，硅結構物的高度為O. Ιμ 以上且1000 μ m以下，直徑為30nm以上且IOym以下。根據(jù)上述本發(fā)明的一個方式，可以通過硅還原水而產生氫氣，所以可以在不消耗大量能量的情況下獲得氫氣。此外，該反應的副產物只有氧化硅，不形成成為環(huán)境負荷的溫室效應氣體等副產物，所以可以將對環(huán)境的負荷降低為極小，。
此外，硅結構物的形狀是其表面積極大的微小針狀或穹頂狀，可以利用該大表面積聞效地廣生氧氣，并且不殘留未反應的娃，所以可以提聞材料效率。該娃結構物的聞度優(yōu)選為O. Ιμ 以上且1000 μ m以下，直徑優(yōu)選為30nm以上且IOym以下。該微小硅結構物可以通過對具有金屬表面的基底沉積硅而形成。本發(fā)明的一個方式的硅結構物的特征在于形成在基底上。例如，當將粉末狀的硅用作氫氣產生體時該粉末狀的硅在水中凝集或沉淀，因此為了使反應高效地進行需要攪拌以分散該凝集或沉淀于水中的硅，并且為了回收反應之后的副產物需要進行過濾或離心分離。此外例如，當將通過壓縮粉末而成為固體化的硅用作氫氣產生體時其表面積相對于其體積變小，因此未反應的部分殘留下來而降低了氫氣的產生效率。因此，通過在基底上形成表面積大的微小硅結構物，不但可以保持氫氣的產生效率而且可以使反應之后的回收工作變得容易。本發(fā)明的一個方式是其基底具有導電性或導熱性的上述氫氣產生體。根據(jù)上述本發(fā)明的一個方式，由于可以通過通電或接觸于熱源來加熱基底，因此當氫氣產生量減小時通過加熱基底可以提高硅結構物和水的反應性，來可以高效且穩(wěn)定地
產生氫氣。此外，本發(fā)明的一個方式是在上述基底和硅結構物之間具有由硅化物構成的氫氣忙藏層的上述氫氣產生體。根據(jù)上述本發(fā)明的一個方式，通過利用設置在基底和硅微小結構物之間的硅化物層，可以貯藏硅微小結構物產生的氫氣。從而，可以安全地貯藏且運輸氫氣。被貯藏的氫氣可以通過加熱基底等而加熱該硅化物層來釋放。此外，本發(fā)明的一個方式是上述氫氣產生體，其中硅化物包含Ti或Ni中的任何一個的上述氫氣產生體。當上述硅化物包含Ti時，可以以高密度形成硅的微小結構物。此外，當上述硅化物包含Ni時，不但可以提高氫氣的貯藏量，而且同時可以以低溫釋放氫氣。本發(fā)明的一個方式是一種氫氣產生裝置，其中其包括的外裝部件具有氣體取出部和水導入部，并且該外裝部件的內部具有上述氫氣產生體。通過對具有上述氫氣產生體且在外裝部件中設置有氣體取出部的氫氣產生裝置內導入水，可以從氫氣產生體取出氫氣。這樣的結構的氫氣產生裝置可以安全地對氫氣進行保管和運輸，而在不導入水的狀態(tài)下不產生氫氣。此外本發(fā)明的一個方式是具有上述氫氣產生裝置和燃料電池的發(fā)電裝置。另外本發(fā)明的一個方式是具有該氫氣產生裝置和氫氣引擎的驅動裝置。通過將這樣的氫氣產生裝置連接到燃料電池，可以制造安全且對環(huán)境負荷小的發(fā)電裝置。而且，通過組合氫氣引擎可以制造對環(huán)境負荷更小的驅動裝置。注意，在本說明書等中，在由硅構成的微小結構物中，將為針狀(包括棒狀、枝狀) 的形狀描述為針狀的硅結構物。另一方面，將為穹頂狀(包括半球狀及其頂端為半球狀的柱狀)的形狀描述為穹頂狀的硅結構物。注意，有時將它們概括為硅結構物。本發(fā)明可以提供能夠高效且穩(wěn)定地供應氫氣，安全且對環(huán)境負荷小的氫氣產生體以及氫氣產生裝置。此外，可以提供使用該氫氣產生裝置，安全且對環(huán)境負荷小的發(fā)電裝置以及驅動裝置。


圖IA至圖IC是說明本發(fā)明的一個方式的氫氣產生體的圖；圖2是說明本發(fā)明的一個方式的氫氣產生體的圖；圖3是說明本發(fā)明的一個方式的氫氣產生體的圖；圖4A和圖4B是說明本發(fā)明的一個方式的氫氣產生體的圖；圖5A至圖5C是說明本發(fā)明的一個方式的氫氣產生裝置的圖；圖6A至圖6C是說明本發(fā)明的一個方式的電動汽車及氫氣汽車的圖；圖7A和圖7B是根據(jù)實施例I的SEM觀測圖；圖8A和圖8B是根據(jù)實施例2的SEM觀測圖；圖9A和圖9B是根據(jù)實施例4的TDS測定結果；圖IOA和圖IOB是根據(jù)實施例4的TDS測定結果。
具體實施例方式參照附圖對實施方式進行詳細說明。但是，本發(fā)明不局限于以下說明，而所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是其方式及詳細內容在不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍的情況下可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發(fā)明不應該被解釋為僅局限在以下所示的實施方式所記載的內容中。注意，以下說明的發(fā)明結構中，在不同的附圖中共同使用相同的附圖標記來表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略反復說明。另外，有時為了明確起見，夸大表示用于說明本發(fā)明的附圖中的各結構的尺寸、層的厚度或區(qū)域。因此，它們不一定局限于附圖中所示的尺度。實施方式I在本實施方式中，使用圖IA至圖IC說明本發(fā)明的一個方式的具有硅微小結構物的氫氣產生體的一例?！椿窘Y構例〉圖IA是示意性地示出本發(fā)明的一個方式的氫氣產生體的圖。氫氣產生體100具有接觸于基底101上的硅化物層103以及接觸于硅化物層103 上的硅結構物105。作為基底101，可以使用具有導電性或導熱性的材料。并且，可以使用與硅起反應而形成硅化物的材料。作為形成硅化物的材料，可以舉出鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鋯(Zr)、 鉿(Hf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鑰(Mo)鎢(W)等。此外，通過作為基底101使用具有柔性的基底，例如使用薄金屬片等可以加工為任意的形狀，可以擴大氫氣產生體的用途，所以是優(yōu)選的。此外基底101可以是具有表面的有形結構體，除了板狀及片狀以外，還可以是棒狀、筒狀。并且其表面既可以是平面又可以是曲面。硅化物層103是由包含構成基底101的材料的硅化物構成的層。此外，硅化物層 103的組成不一定是均勻的，有時在膜厚方向上離基底101越遠，構成硅化物層103的硅的
比率越高。硅結構物105是由硅(Si)構成的針狀或穹頂狀的微小結構物，且接觸于硅化物層103形成。硅結構物105優(yōu)選為如下微小結構物，其高度為O. I μ m以上且1000 μ m以下，其直徑為30nm以上且10 μ m以下。在此硅結構物的高度是指硅結構物的最長軸的長度，硅結構物的直徑是指當以垂直于硅結構物的最長軸的方式切斷時的近似橢圓形的最大截面的最長直徑。。這樣形狀的微小硅結構物的表面積極大，當在后面說明的氫氣的產生時，可以使接觸于水的面積變得大，因此可以高效地產生氫氣。此外，娃結構物105也可以具有結晶性。具有結晶性的娃結構物105可以提聞純度，而可以使每單位面積的氫氣產生量變大，所以是優(yōu)選的?！礆錃獾漠a生方法〉通過使氫氣產生體100接觸于水，可以產生氫氣。具體地說，通過硅和水的氧化還原反應，生成氧化硅和氫氣。這個反應式可以表示為如下算式。[算式I]
權利要求
1.一種氫氣產生裝置包括氫氣產生體，包括基底；以及所述基底上的硅結構物，該硅結構物的高度為O. Iym以上且IOOOym以下，直徑為 30nm以上且10 μ m以下，其中，所述氫氣產生體通過接觸于水而產生氫氣。
2.根據(jù)權利要求I所述的氫氣產生裝置，其中所述硅結構物為針狀。
3.根據(jù)權利要求I所述的氫氣產生裝置，其中所述硅結構物為穹頂狀。
4.根據(jù)權利要求I所述的氫氣產生裝置，其中所述基底具有導電性或導熱性。
5.根據(jù)權利要求I所述的氫氣產生裝置，還包括具備氣體取出部和水導入部的外裝部件，該外裝部件包括所述氫氣產生體。
6.一種包括根據(jù)權利要求5所述的氫氣產生裝置以及燃料電池的發(fā)電裝置。
7.一種包括根據(jù)權利要求5所述的氫氣產生裝置以及氫氣引擎的驅動裝置。
8.一種氫氣產生裝置包括氫氣產生體，包括包括金屬表面的基底；以及所述基底上的硅結構物，該硅結構物的高度為O. Iym以上且IOOOym以下，直徑為 30nm以上且10 μ m以下，其中，所述氫氣產生體通過接觸于水而產生氫氣。
9.根據(jù)權利要求8所述的氫氣產生裝置，其中所述硅結構物為針狀。
10.根據(jù)權利要求8所述的氫氣產生裝置，其中所述硅結構物為穹頂狀。
11.根據(jù)權利要求8所述的氫氣產生裝置，其中所述基底具有導電性或導熱性。
12.根據(jù)權利要求8所述的氫氣產生裝置，還包括所述基底和所述硅結構物之間的包括硅化物的氫氣貯藏層。
13.根據(jù)權利要求12所述的氫氣產生裝置，其中所述硅化物包括Ti和Ni中的任何一個。
14.根據(jù)權利要求8所述的氫氣產生裝置，還包括具備氣體取出部和水導入部的外裝部件，該外裝部件包括所述氫氣產生體。
15.一種包括根據(jù)權利要求14所述的氫氣產生裝置以及燃料電池的發(fā)電裝置。
16.一種包括根據(jù)權利要求14所述的氫氣產生裝置以及氫氣引擎的驅動裝置。
17.一種氫氣產生裝置包括氫氣產生體，包括基底；所述基底上的金屬層；以及所述金屬層上的硅結構物，該硅結構物的高度為O. Ιμ 以上且1000 μ m以下，直徑為 30nm以上且10 μ m以下，其中，所述氫氣產生體通過接觸于水而產生氫氣。
18.根據(jù)權利要求17所述的氫氣產生裝置，其中所述硅結構物為針狀。
19.根據(jù)權利要求17所述的氫氣產生裝置，其中所述硅結構物為穹頂狀。
20.根據(jù)權利要求17所述的氫氣產生裝置，其中所述基底具有導電性或導熱性。
21.根據(jù)權利要求17所述的氫氣產生裝置，還包括所述基底和所述金屬層之間的包括娃化物的氫氣忙藏層。
22.根據(jù)權利要求21所述的氫氣產生裝置，其中所述硅化物包括Ti和Ni中的任何一個。
23.根據(jù)權利要求17所述的氫氣產生裝置，還包括具備氣體取出部和水導入部的外裝部件，該外裝部件包括所述氫氣產生體。
24.一種包括根據(jù)權利要求23所述的氫氣產生裝置以及燃料電池的發(fā)電裝置。
25.—種包括根據(jù)權利要求23所述的氫氣產生裝置以及氫氣引擎的驅動裝置。
全文摘要
本發(fā)明的課題之一是提供能夠高效且穩(wěn)定地供應氫氣，并且安全且對環(huán)境負荷小的氫氣產生體。此外，本發(fā)明的課題之一是提供適用了該氫氣產生體的氫氣產生裝置。另外，本發(fā)明的課題之一是提供適用了該氫氣產生裝置的發(fā)電裝置以及驅動裝置?？梢酝ㄟ^使用在基底上形成有針狀或穹頂狀的硅微小結構物的氫氣產生體，使針狀或穹頂狀的硅微小結構物和水起反應來高效地產生氫氣。此外，可以將該氫氣產生體適用于氫氣產生裝置。并且，將該氫氣產生裝置適用于發(fā)電裝置及驅動裝置。
文檔編號H01M8/04GK102610837SQ20121003115
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權日2011年1月21日
發(fā)明者吉住健輔, 吉富修平, 橫井智和 申請人:株式會社半導體能源研究所