DE10335802A1

DE10335802A1 - Wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper

Info

Publication number: DE10335802A1
Application number: DE10335802A
Authority: DE
Inventors: Shin-Ichi Towata; Masakazu Aoki; Tatsumi Hioki; Akio Itoh; Akihiko Koiwai; Toshihiro Mouri; Katsushi Saito
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2023-08-06
Also published as: US20040110023A1; DE10335802B4; US7026058B2; JP4147462B2; CA2435965C; CA2435965A1; JP2004066653A

Abstract

Ein wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper wird durch Übereinanderschichten von mindestens zwei Arten von wasserstoffabsorbierenden Materialien gebildet. In dem wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper werden die wasserstoffabsorbierenden Materialien so übereinandergeschichtet, daß die Verzerrungen, die durch die Wasserstoffabsorption/-desorption hervorgerufen werden, in benachbarten wasserstoffabsorbierenden Materialien unterschiedlich hoch sind. Der dadurch gebildete wasserstoffabsorbierende Mehrschichtkörper absorbiert große Wasserstoffmengen und absorbiert/desorbiert Wasserstoff mit großer Geschwindigkeit selbst bei Temperaturen in der Nähe der Normaltempertur.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper, der durch Übereinanderschichten einer Vielzahl von wasserstoffabsorbierenden Materialien gebildet wird.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Angesichts wachsender Umweltprobleme, wie beispielsweise der globalen Erwärmung aufgrund von Kohlendioxidemissionen, und angesichts wachsender Energieprobleme, beispielsweise aufgrund der Erschöpfung der Ölvorräte, erfährt seit einiger Zeit die Wasserstoffenergie als saubere Alternativenergie breite Aufmerksamkeit. Damit Wasserstoffenergie in der Praxis genutzt werden kann, muß die Entwicklung von Techniken für die sichere Speicherung und Beförderung von Wasserstoff vorangetrieben werden. Als wasserstoffabsorbierende Materialien, die in der Lage sind, Wasserstoff zu speichern, wurden Kohlenstoffmaterialien, wie Aktivkohle, Fulleren und Nanotube, und wasserstoffabsorbierende Legierungen entwickelt. Unter diesen Materialien erscheinen die wasserstoffabsorbierenden Legierungen ein vielversprechendes neuartiges, transportierbares Medium zu sein, da wasserstoffabsorbierende Legierungen den explosiven Wasserstoff in großen Volumina in Form von Metallhydrid speichern kann, bei dem es sich um einen ungefährlichen Feststoff handelt.

Es sind viele verschiedene Arten von wasserstoffabsorbierenden Legierungen bekannt. Unter diesen Legierungen richtet sich das Interesse verstärkt auf Magnesium legierungen und Vanadiumlegierungen, da sie große Wasserstoffmengen absorbieren können. Magnesiumlegierungen eignen sich jedoch nicht für den Einsatz in der Praxis, da Magnesiumlegierungen eine Temperatur von mindestens 250°C aufweisen müssen, damit eine Absorption oder Desorption von Wasserstoff (im folgenden auch als „Wasserstoffabsorption/-desorption" bezeichnet) stattfinden kann, und da die Geschwindigkeit, mit der Magnesiumlegierungen Wasserstoff absorbieren/desorbieren (im folgenden auch als Wasserstoff-Absorptions-/desorptionsgeschwindigkeit" bezeichnet) niedrig ist, obwohl sie große Wasserstoffmengen absorbieren können. Im Fall von Vanadiumlegierungen beträgt das Wasserstoff-Absorptionsvermögen etwa 4 Gew.-%. Vanadiumlegierungen können jedoch nur etwa die Hälfte des absorbierten Wasserstoffs bei Temperaturen nahe Normaltemperatur desorbieren und müssen hohe Temperaturen von mindestens 300 °C aufweisen, um sämtlichen absorbierten Wasserstoff desorbieren zu können. Demgemäß wurden zahlreiche Versuche unternommen, die Wasserstoffabsorptions/-desorptions-Eigenschaften von Magnesiumlegierungen und dergleichen, welche große Wasserstoffmengen absorbieren können, zu verbessern. Beispielsweise offenbart die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2002-105576 eine wasserstoffabsorbierende Schichtstruktur, welche eine wasserstoffabsorbierende Schicht aufweist, die durch Dünnen von Magnesium oder einer Magnesiumlegierung gebildet wird, sowie ein Paar Wasserstoff-Austauschschichten, zwischen denen die wasserstoffabsorbierende Schicht liegt.

Die in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2002-105576 offenbarte wasserstoffabsorbierende Schichtstruktur wird gebildet durch Bereitstellen der Wasserstoff-Austauschschichten auf beiden Seiten der wasserstoffabsorbierenden Schicht, die aus Magnesium oder dergleichen besteht. Die Wasserstoff-Austauschschichten wirken als Katalysatorschichten, in denen Wasserstoffgas in Atomform dissoziiert wird. Gemäß einer Ausführungsform wird eine dreilagige wasserstoffabsorbierende Schichtstruktur bereitgestellt, die dadurch gebildet wird, daß man die Magnesiumschicht zwischen zwei Palladiumschichten legt. In der dreilagigen wasserstoffabsorbierenden Schichtstruktur ist die Wasserstoff-Absorptionsgeschwindigkeit relativ hoch. Die Wasserstoffdesorptions-Geschwindigkeit ist jedoch bei Temperaturen nahe Normaltemperatur nicht hoch genug. Das heißt, auch wenn aus Palladium bestehende Wasserstoff-Austauschschichten, die katalytisch wirken, auf beiden Seiten der aus Magnesium bestehenden wasserstoffabsorbierenden Schicht bereitgestellt werden, kann bei Temperaturen nahe Normaltemperatur nicht genug Wasserstoff erhalten werden: Demgemäß kann das oben beschriebene Problem nicht gelöst werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung hat zum Ziel, das oben beschriebene Problem zu lösen. Demgemäß ist es Gegenstand der Erfindung, einen wasserstoffabsorbierenden Körper bereitzustellen, der eine große Wasserstoffmenge absorbiert, und der Wasserstoff auch bei Temperaturen nahe Normaltemperatur mit hoher Geschwindigkeit absorbiert/desorbiert.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper bereitgestellt, der durch Übereinanderschichten von mindestens zwei Arten wasserstoffabsorbierender Materialien gebildet wird. Die miteinander in Kontakt stehenden wasserstoffabsorbierenden Materialien werden durch die Wasserstoffabsorption/-desorption jeweils in unterschiedlichem Maß verformt.

Eine sorgfältige Untersuchung des Verhaltens von wasserstoffabsorbierenden Materialien bei der Wasserstoffabsorption/-desorption lieferte dem Erfinder folgendes Ergebnis. Beispielsweise dehnt sich in einer wasserstoffabsorbierenden Legierung das Kristallgitter aus, wenn wasserstoffabsorbiert wird, und das Kristallgitter schrumpft, wenn Wasserstoff desorbiert wird. Generell variieren die Wasserstoffmenge, die absorbiert werden kann, und die Wasserstoffabsorptions-/desorptions-Geschwindigkeiten abhängig von der Art der wasserstoffabsorbierenden Legierungen. Infolgedessen variiert der Grad der Verformung, insbesondere der Grad der elastischen Verformung, je nach Art der wasserstoffabsorbierenden Legierungen.

Wenn beispielsweise zwei verschiedene Arten wasserstoffabsorbierender Legierungen so übereinandergelegt werden, daß sie zwei Schichten bilden, bewirkt die Wassrerstoffabsorption/-desorption eine Ausdehnung bzw. ein Schrumpfen jeder dieser Legierungen. Wenn benachbarte Schichten sich berühren und nicht voneinander lösen, beeinflussen sich die Schichten gegenseitig. Da die Verformungen in den wasserstoffabsorbierenden Legierungen jeweils unterschiedlich groß sind, entstehen aufgrund der Tatsache, daß sich die beiden Arten wasserstoffabsorbierender Legierungen jeweils in unterschiedlichem Maß verformen, Spannungen zwischen den Schichten, beispielsweise eine Druckspannung und eine Zugspannung. Die Spannungen wirken als treibende Kraft. Wenn daher zwei der unterschiedlichen Legierungsarten übereinandergeschichtet werden, kann jede der wasserstoffabsorbierenden Legierungen Wasserstoff leichter absorbieren/desorbieren, als wenn die wasserstoffabsorbierenden Legierungen jeweils allein verwendet würden.

Im oben genannten wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper werden in den benachbarten Absorptionsmaterialien unterschiedliche Verformungen aufgrund der Wasserstoffabsorption/-desorption verursacht. Demgemäß werden in den wasserstoffabsorbierenden Legierungen jeweils Spannungen erzeugt, und die Wasserstoffabsorption/-desorption wird gefördert. Wenn daher ein wasserstoffabsorbierendes Material verwendet wird, das eine große Wasserstoffmenge absorbieren kann, absorbiert der erfindungsgemäße wasserstoffabsorbierende Mehrschichtkörper eine große Wasserstoffmenge und absorbiert/desorbier Wasserstoff auch bei Temperaturen nahe Normaltemperatur mit hoher Geschwindigkeit.

Der Erfinder hat auf der Grundlage von Versuchsergebnissen eine weitere beispielhafte Ausführungsform gefunden. In dem Versuch werden mehrere Arten von Mehrschichtstrukturen unter Verwendung verschiedener Arten von wasserstoffabsorbierenden Materialien geformt, und die absorbierten Wasserstoffmengen der Mehrschichtstrukturen (d.h. die maximal absorbierten Wasserstoffmengen unter einer festgelegten Bedingung) werden gemessen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beträgt der Unterschied in der Wasserstoffmenge, die aufgenommen werden kann, zwischen den benachbarten wasserstoffabsorbierenden Materialien mindestens 5 Gew.-%.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen die wasserstoffabsorbierenden Materialien vorzugsweise eine Streckgrenze von mindestens 50 MPa auf.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung handelt es sich bei mindestens einer der wasserstoffabsorbierenden Materialarten um eine Magnesiumlegierung, die einen Mg-Gehalt von 50 bis 90 Atom% aufweist (im folgenden als At% bezeichnet), und die mindestens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus Ni, Nd, Ce, Y und Ca.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung handelt es sich bei mindestens einer der wasserstoffabsorbierenden Materialarten um eine Vanadiumlegierung, die einen V-Gehalt von 10 bis 99 At% aufweist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung handelt es sich bei mindestens einer der wasserstoffabsorbierenden Materialarten um eine wasserstoffabsorbierende Legierung, die aus einer Vielzahl von Phasen im Nanometer-Maßstab gebildet wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bildet die wasserstoffabsorbierende Legierung vorzugsweise eine Schicht mit einer Dicke von 10 bis 1000 Nanometern.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden vorzugsweise verschiedene Arten von wasserstoffabsorbierenden Materialien so übereinandergeschichtet, daß sie zwei Schichten bilden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung handelt es sich bei dem wasserstoffabsorbierenden Material, das eine der beiden Schichten bildet, vorzugsweise um Palladium, und bei dem wasserstoffabsorbierenden Material, das die andere Schicht bildet, um eine Magnesiumlegierung.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung handelt es sich bei dem wasserstoffabsorbierenden Material, das eine der beiden Schichten bildet, vorzugsweise um Palladium, und bei dem wasserstoffabsorbierenden Material, das die andere Schicht bildet, um eine Vanadiumlegierung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile, sowie die technische und industrielle Bedeutung der Erfindung werden aus der Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung besser verständlich, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Tabellen betrachtet werden, von denen:

1 eine Tabelle ist, welche die Art der wasserstoffabsorbierenden Legierungen, ihre Streckgrenzen und die Wasserstoffmengen zeigen, welche sie absorbieren können; und

2 ist eine Tabelle, welche die Wasserstoffmengen zeigt, die verschiedene wasserstoffabsorbierende Mehrschichtkörper bei einer Temperatur von 100 °C absorbieren können.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

In der folgenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen wird die Erfindung detaillierter mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben.

Im folgenden wird ein erfindungsgemäßer wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper detailliert beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, daß der erfindungsgemäße wasserstoffabsorbierende Mehrschichtkörper nicht auf die folgende Aus führungsform beschränkt ist. Der erfindungsgemäße wasserstoffabsorbierende Mehrschichtkörper kann in verschiedenen Ausführungsformen verwirklicht werden, in denen Modifizierungen und Verbesserungen vorgenommen wurden, wie sie ein Fachmann durchführen kann.

Der erfindungsgemäße wasserstoffabsorbierende Mehrschichtkörper wird durch Übereinanderschichten von mindestens zwei Arten wasserstoffabsorbierender Materia-lien gebildet. Die Verformungen aufgrund der Wasserstoffabsorption/-desorption sind in den benachbarten wasserstoffabsorbierenden Materialien unterschiedlich groß.

Der Ausdruck „Größe der Verformung" bezeichnet den Grad der Dehnung/-Schrumpfung des wasserstoffabsorbierenden Materials, wenn es Wasserstoff absorbiert/desorbiert. Beispielsweise wird die Verformung des wasserstoffabsorbierenden Materials anhand eines Röntgenstrahlen-Beugungsverfahrens durch Messen einer Gitterkonstante vor und nach der Wasserstoffabsorbierung durch das wasserstoffabsorbierende Material ermittelt. Die Verformung wird aufgrund der Veränderung der Gitterkonstante bestimmt. Generell fällt bei unterschiedlichen wasserstoffabsorbierenden Materialien auch die Verformung aufgrund der Wasserstoffabsorption/-desorption unterschiedlich aus. Faktoren, die herangezogen werden, um die Größe der Verformung zu messen, sind beispielsweise die Menge des absorbierten Wasserstoffs und die Streckgrenze des wasserstoffabsorbierenden Materials. Wenn sich beispielsweise die absorbierten Wasserstoffmengen zweier wasserstoffabsorbierender Materialien unterscheiden, unterscheiden sich auch die Wasserstoffmengen, die jeweils von ihnen absorbiert werden können. Demgemäß unterscheiden sich auch die Dehnungsgrade der wasserstoffabsorbierenden Materialien. Um den Unterschied in der Verformung zwischen den benachbarten wasserstoffabsorbierenden Materialien zu vergrößern, damit die Wasserstoffabsorption/-desorption weiter gefördert wird, beträgt der Unterschied der absorbierten Wasserstoffmenge zwischen den wasserstoffabsorbierenden Materialien mindestens 0,5 Gew.-%. Stärker bevorzugt beträgt der Unterschied 1% oder mehr. In diesem Fall bezeichnet der Ausdruck „absorbierte Wasserstoffmenge" die maximale Wasserstoffmenge, die unter einer festgelegten Bedingung absorbiert werden kann. Der Ausdruck „festgelegte Bedingung" bezeichnet beispielsweise die Bedingung, daß das wasserstoffabsorbierende Material Wasserstoff absorbiert, wenn es eine Stunde lang bei 20°C und unter einem Stickstoffdruck von 1 Mpa gehalten wird.

Die Streckgrenze des wasserstoffabsorbierenden Materials zeigt die kritische Spannung an, bis zu der das wasserstoffabsorbierende Material elastisch verformt werden kann, und wird als ein Faktor verwendet, um den Verformungsgrad des wasserstoffabsorbierenden Materials zu messen. Ein wasserstoffabsorbierendes Material mit hoher Streckgrenze kann elastisch verformt werden, selbst wenn es mit einer großen Kraft beaufschlagt wird. Demgemäß sollte eine größere elastische Verformung erzeugt werden können. Dagegen kann in einem wasserstoffabsorbierenden Material mit niedriger Streckgrenze nur schwer eine elastische Verformung erzeugt werden. Um die Verformung aufgrund der Wasserstoffabsorption/-desorption zu vergrößern und um die Wasserstoffabsorption/-desorption zu fördern, wird vorzugsweise ein wasserstoffabsorbierendes Material mit einer Streckgrenze von 60 MPa oder mehr verwendet.

Das wasserstoffabsorbierende Material, das für den erfindungsgemäßen wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper verwendet wird, ist nicht besonders beschränkt, solange das Material Wasserstoff reversibel absorbieren und desorbieren kann. In der Praxis wird vorzugsweise ein Material verwendet, das eine Wasserstoffmenge von mindestens 1 Gew.-% absorbieren kann. Beispiele für geeignete Materialien sind Metalle wie Magnesium (Mg), Vanadium (V) und Palladium (Pd) und wasserstoffabsorbierende Legierungen, wie Magnesiumlegierungen, Vanadiumlegierungen, Titanlegierungen, Calciumlegierungen, Zirconiumlegierungen und Seltenerdlegierungen.

Vorzugsweise handelt es sich bei mindestens einer der wasserstoffabsorbierenden Materialarten um eine Magnesiumlegierung mit einem Mg-Gehalt von 10 bis 90 Atom% (im Folgenden als „At%" bezeichnet), welche mindestens ein Element aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ni, Nd, Ce, Y und Ca, da Magnesiumlegierungen große Wasserstoffmengen absorbieren können. Stärker bevorzugt weist die Magnesiumlegierung einen Mg-Gehalt von 50 At% oder mehr auf. Beispiele für die bevorzugten Zusammensetzungen der Magnesiumlegierung sind Mg – Ni, Mg – Ni – Nd, Mg-Ni-Ca,Mg-Ni-Y,Mg-Ni-Ce.

Vorzugsweise handelt es sich bei mindestens einer der wasserstoffabsorbierenden Materialarten um eine Vanadiumlegierung, die einen V-Gehalt von 10 bis 99 At% aufweist. Stärker bevorzugt weist die Vanadiumlegierung einen V-Gehalt von 30 At% oder mehr auf. Beispiele für die bevorzugten Zusammensetzungen der Vanadiumlegierung sind Ti-V-Cr,Ti-V-Mo,Ti-V-Mn,Ti-Fe-V.

Wenn wasserstoffabsorbierende Legierungen als wasserstoffabsorbierende Materialien verwendet werden, kann mindestens eine der wasserstoffabsorbierenden Legierungsarten aus einer Vielzahl von Phasen im Nanometerbereich gebildet werden. Ein Beispiel für solch eine wasserstoffabsorbierende Legierung weist eine sogenannte Mehrphasenstruktur auf, die eine Phase aus einer intermetallischen Verbindung aufweist, die aus den Metallen gebildet ist, welche die wasserstoffabsorbierende Legierung bilden, und außerdem Feststoffphasen, die jeweils aus den Metallen bestehen, aus denen die wasserstoffabsorbierende Legierung gebildet wird. Es kann eine wasserstoffabsorbierende Legierung mit einer amorphen Phase verwendet werden. In der wasserstoffabsorbierenden Legierung, die aus einer Vielzahl von Phasen besteht, variieren die Wasserstoffabsorptions/-desorptions-Geschwindigkeiten der einzelnen Phasen. Demgemäß variiert auch der Grad der Dehnungen und Schrumpfungen der jeweiligen Phasen, welche von der Wasser-stoffabsorption/-desorption verursacht werden. Somit entsteht sogar innerhalb der wasserstoffabsorbierenden Legierung, welche eine Schicht des wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörpers bildet, eine Spannung. Somit wird aufgrund der unterschiedlichen Verformung zwischen den Phasen eine Spannung erzeugt, und die Wanderung des Wasserstoffs wird von der Spannung gefördert. Das heißt, selbst im Inneren einer Schicht, die aus einer wasserstoffabsorbierenden Materialart besteht, wird die Wasserstoffabsorption/-desorption gefördert. Demgemäß kann die Geschwindigkeit der Wasserstoffabsorption/-desorption erhöht werden, wenn es sich bei mindestens einer der wasserstoffabsorbierenden Materialarten um eine wasserstoffabsorbierende Legierung handelt, die aus einer Vielzahl von Phasen im Nanometer- Bereich gebildet wird. In diesem Fall bezeichnet der Ausdruck „Nanometerbereich" einen Bereich von 1 nm bis 999 nm.

Der erfindungsgemäße wasserstoffabsorbierende Mehrschichtkörper wird durch Übereinanderschichten von mindestens zwei der oben genannten wasserstoffabsorbierenden Materialarten gebildet. Das Verfahren für das Übereinanderschichten der wasserstoffabsorbierenden Materialien ist nicht besonders beschränkt, solange die Verformungen der benachbarten wasserstoffabsorbierenden Materialien unterschiedlich groß sind. Beispielsweise kann ein wasserstoffabsorbierender Zweischichtkörper durch Übereinanderschichten zweier wasserstoffabsorbierender Legierungsarten gebildet werden, die jeweils eine Schicht bilden. Ebenso kann ein wasserstoffabsorbierender Dreischichtkörper gebildet werden, bei dem eine Schicht, die aus einem wasserstoffabsorbierenden Material gebildet ist, zwischen zwei Schichten liegt, die aus einem anderen wasserstoffabsorbierenden Material gebildet sind. Es können auch drei oder mehr Schichten gebildet werden, wenn man zwei oder mehr wasserstoffabsorbierende Materialarten übereinanderlegt. Der erfindungsgemäße wasserstoffabsorbierende Mehrschichtkörper wird anhand von bekannten Dünnschicht-Herstellungsverfahren erzeugt, beispielsweise durch Sputtern oder durch Blitzverdampfen.

Die Dicke des wasserstoffabsorbierenden Materials ist nicht besonders beschränkt, solange die Wasserstoffabsorption/-desorption aufgrund der Verformung in jedem der Materialien gefördert werden kann. Beispielsweise muß die Dicke einer Schicht mindestens 10 nm betragen, gemäß der Zeit, die es dauert, eine Schicht zu bilden. Stärker bevorzugt beträgt die Dicke 20 nm oder mehr. Ebenfalls bevorzugt beträgt die Dicke mindestens 1000 nm, um die Wasserstoffabsorption/-desorption aufgrund unterschiedlicher Verformungen zu fördern. Noch stärker bevorzugt beträgt die Dicke 500 nm oder weniger.

[Beispiel]
Die wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper gemäß der Ausführungsform der Erfindung wurden unter Verwendung von verschiedenen Arten wasserstoffabsorbierender Materialien hergestellt. Dann ließ man die so hergestellten wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper Wasserstoff absorbieren, und dann ließ man sie den absorbierten Wasserstoff desorbieren. Anschließend wurden die Mengen des desorbierten Wasserstoffs gemessen. Im folgenden werden die hergestellten wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper und die Wasserstoffmengen, die von ihnen absorbiert wurden, beschrieben.
(1) Herstellung von wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörpern
Unter Verwendung der wasserstoffabsorbierenden Materialien, die in Tabelle 1 aufgeführt sind, wurden verschiedene Arten von wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörpern hergestellt, die jeweils zwei, drei oder sieben Schichten aufwiesen. Tabelle 1 zeigt die wasserstoffabsorbierenden Materialien und ihre Streckgrenzen sowie die Wasserstoffmengen, die sie absorbieren können.
Als Beispiel für ein Herstellungsverfahren für den wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Palladium und eine Magnesiumlegierung (86 At% Mg – 9,5 At% Ni – 4,5 At% Nd) als wasserstoffabsorbierende Materialien verwendet werden und ein wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper mit drei Schichten hergestellt wird. Die anderen wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper wurden auf die gleiche Weise hergestellt, außer daß die Arten der wasserstoffabsorbierenden Materialien sich von denen des genannten Beispiels unterschieden.
Zuerst wurde eine Pd-Schicht mit einer Dicke von 20 nm auf der Oberfläche einer 0,3 mm dicken Quarzglasplatte (20 mm × 20 mm) ausgebildet, die das Substrat darstellte. Als nächstes wurde eine 50 nd dicke Schicht (86 At% Mg – 9,5 At% Ni – 4,5 At% Nd) auf der Oberfläche der Pd-Schicht gebildet. Eine weitere Pd-Schicht wurde in einer Dicke von 20 nm auf der Oberfläche der Schicht (86 At% Mg – 9,5 At% Ni – 4,5 At% Nd) gebildet. Die Pd-Schicht und die Schicht (86 At% Mg – 9,5 At% Ni – 4,5 At% Nd) wurden anhand eines RF-Sputterverfahrens in einer Argonatmosphäre gebildet. Somit wurde ein wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper, der drei Schichten aufwies, die aus Pd/Mg – Ni – Nd/Pd bestanden, auf der Oberfläche des Quarzglases gebildet. Die so hergestellten wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper wurden mit Nr. 1 bis Nr. 14 numeriert, wie in Tabelle 2 angegeben.
(2) Messung der absorbierten Wasserstoffmengen
Die so hergestellten verschiedenen Arten wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper wurden eine Stunde lang bei einer Temperatur von 20 °C und einem Wasserstoffdruck von 1 MPa in einem Behälter gehalten. So wurden die wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper dazu gebracht, Wasserstoff zu absorbieren. Nachdem die wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper Wasserstoff absorbiert hatte, wurden sie jeweils als „Probe A" bezeichnet. Die wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper wurden unter den gleichen Bedingungen dazu gebracht, Wasserstoff zu absorbieren. Dann wurden die wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper dazu gebracht, Wasserstoff zu desorbieren, und zwar durch zweistündiges Evakuieren des Hydridbehälters unter Verwendung einer Rotationsvakuumpumpe, während der Behälter bei einer Temperatur von 100 °C gehalten wurde. Nachdem die wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper Wasserstoff desorbiert hatten, wurden sie jeweils als „Probe B" bezeichnet. Probe A und Probe B wurden aus den Behältern genommen, und die Wasserstoffmenge, die in jedem der wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper enthalten war, wurde gemessen. Die Wasserstoffmenge wurde aufgrund der Veränderung der thermischen Leitfähigkeit eines Luftstroms erhalten. Wenn die wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper in einem Argon-Luftstrom erwärmt wurden, wurde Wasserstoff erzeugt, und der erzeugte Wasserstoff veränderte die thermische Leitfähigkeit des Luftstroms. Tabelle 2 zeigt die absorbierten Wasserstoffmengen der wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper bei einer Temperatur von 100°C.
Wie in 2 gezeigt, desorbierten die wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper (Nr. 1 bis Nr. 10, Nr. 14), für die wasserstoffabsorbierende Materialien mit Streckspannungen von mindestens 50 MPa verwendet wurden, Wasserstoffmengen im Bereich von 3,2 bis 6,0 Gew.-%. Jeder dieser wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper desorbierte bei einer Temperatur von 100°C eine große Wasserstoffmenge. Die desorbierte Wasserstoffmenge des wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörpers (Nr. 14) war im Vergleich zu dem Fall, wo nur ein wasserstoffabsorbierendes Material (Ti – V – Cr ) als Zwischenschicht verwendet wurde (in einem Vergleichsbeispiel) erhöht. Das heißt, die desorbierte Wasserstoffmenge wurde drastisch erhöht, wenn man die wasserstoffabsorbierenden Materialien so übereinanderlegte, daß die Verformungen in den benachbarten Materialien unterschiedlich groß ausfielen. In den wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörpern (Nr. 11 bis Nr. 13) waren die Streckspannungen der wasserstoffabsorbierenden Materialien, aus denen die Schichten bestanden, klein, und es war schwierig, eine Verformung zu bewirken. Daher wird angenommen, daß die Verformungen in den Schichten etwa gleich groß waren. Demgemäß war es schwierig, in den wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörpern (Nr. 11 bis Nr. 13) eine Verformung zu fördern. Infolgedessen absorbierten sie nur kleine Wasserstoffmengen. Somit wurde bestätigt, daß Wasserstoff selbst bei Temperaturen nahe Normaltemperatur in ausreichender Menge erhalten werden kann, wenn man wasserstoffabsorbierende Materialien übereinanderschichtet, die aufgrund der Wasserstoffabsorption/-desorption in unterschiedlichem Maß verformt werden.
Der erfindungsgemäße wasserstoffabsorbierende Mehrschichtkörper wird durch Übereinanderschichten von mindestens zwei Arten von wasserstoffabsorbierenden Materialien gebildet. Die Verformung, die aufgrund der Wasserstoffabsorption/-desorption bewirkt wird, fällt in benachbarten wasserstoffabsorbierenden Materialien unterschiedlich groß aus. Durch Übereinanderschichten von wasserstoffabsorbierenden Materialien mit unterschiedlichen Verformungsgraden wird in jedem der wasser-stoffabsorbierenden Materialien aufgrund der Wasserstoffabsorption/-desorption eine Spannung erzeugt. Infolgedessen wird die Wasserstoffabsorption/-desorption gefördert.
Demgemäß wird ein wasserstoffabsorbierender Körper verwirklicht, von dem Wasserstoff in ausreichender Menge erhalten werden kann, selbst bei Temperaturen nahe Normaltemperatur.
Es wird ein wasserstoffabsorbierender Körper gebildet durch Übereinanderschichten mindestens zweiter Arten von wasserstoffabsorbierenden Materialien. In dem wasserstoffabsorbierenden Mehrschichtkörper werden die wasserstoffabsorbierenden Materialien so übereinandergeschichtet, daß die Verformung, die aufgrund der Wasserstoffabsorption/-desorption bewirkt wird, in benachbarten wasserstoffabsorbierenden Materialien unterschiedlich groß ausfällt. Der auf diese Weise gebildete wasserstoffabsorbierende Mehrschichtkörper kann mit hoher Geschwindikgkeit große Wasserstoffmengen absorbieren, und das bei Temperaturen, die nahe der Normaltemperatur liegen.

Claims

Wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper, gebildet durch Übereinanderschichten von mindestens zwei Arten von wasserstoffabsorbierenden Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung, die von der Wasserstoffabsorption/-desorption bewirkt wird, in benachbarten wasserstoffabsorbierenden Materialien jeweils unterschiedlich groß ausfällt.
Wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen den Wasserstoffmengen, die von benachbarten wasserstoffabsorbierenden Materialien absorbiert werden, mindestens 0,5 Gew.-% beträgt.
Wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserstoffabsorbierenden Materialien eine Streckspannung von mindestens 50 MPa aufweist.
Wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden wasserstoffabsorbierenden Materialarten eine Magnesiumlegierung ist, die einen Mg-Gehalt von 50 bis 90 At% Aufweist, und die mindestens ein Element aufweist, das ausgewählt ist aus Ni, Nd, Ce, Y und Ca.
Wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnete, daß mindestens eine der beiden Arten von wasserstoffabsorbierenden Materialien eine Vanadiumlegierung mit einem V-Gehalt von 10 bis 99 At% ist.
Wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Argen von wasserstoffabsorbierenden Materialien eine wasserstoffabsorbierende Legierung ist, die aus einer Vielzahl von Phasen im Nanometerbereich gebildet wird.
Wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserstoffabsorbierende Legierung eine Schicht mit einer Dicke von 10 bis 1000 Nanometern bildet.
Wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Arten an wasserstoffabsorbierenden Materialien so übereinandergeschichtet werden, daß sie zwei Schichten bilden.
Wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserstoffabsorbierende Material, welches eine der beiden Schichten bildet, Palladium ist, und das wasserstoffabsorbierende Material, welches die andere Schicht bildet, eine Magnesiumlegierung ist.
Wasserstoffabsorbierender Mehrschichtkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserstoffabsorbierende Material, welches eine der beiden Schichten bildet, Palladium ist, und das wasserstoffabsorbierende Material, welches die andere Schicht bildet, eine Vanadiumlegierung ist.