JP2001348639A - 水素吸蔵合金と当該合金を用いた水素吸蔵・放出システム - Google Patents
水素吸蔵合金と当該合金を用いた水素吸蔵・放出システムInfo
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】エネルギー効率および装置コストの点で優れた
水素吸蔵・放出システムを構築する為、水素の吸蔵量を
保持しつつ、吸蔵開始温度を低下させた水素吸蔵合金を
調製する。 【解決手段】従来のＭｇ2Ｎｉ合金のＭｇサイト及び／
またはＮｉサイトの一部を、α2βで表される逆ＣａＦ2
構造の合金または化合物を形成する元素α、βで置換
し、一般式（Ｍｇ1-aαa）1-y（Ｎｉ1-bβb）yで表され
る合金を調製し、水素の吸蔵量を保持しつつ、吸蔵開始
温度を２０℃低下させた水素吸蔵合金を調製した。
水素吸蔵・放出システムを構築する為、水素の吸蔵量を
保持しつつ、吸蔵開始温度を低下させた水素吸蔵合金を
調製する。 【解決手段】従来のＭｇ2Ｎｉ合金のＭｇサイト及び／
またはＮｉサイトの一部を、α2βで表される逆ＣａＦ2
構造の合金または化合物を形成する元素α、βで置換
し、一般式（Ｍｇ1-aαa）1-y（Ｎｉ1-bβb）yで表され
る合金を調製し、水素の吸蔵量を保持しつつ、吸蔵開始
温度を２０℃低下させた水素吸蔵合金を調製した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水素貯蔵、水素精
製、電池電極、熱利用システム等に適用可能な水素吸蔵
合金、並びにそれを用いた水素吸蔵・放出システムに関
する。
製、電池電極、熱利用システム等に適用可能な水素吸蔵
合金、並びにそれを用いた水素吸蔵・放出システムに関
する。
【０００２】
【従来の技術】エネルギー問題や環境問題への有効な対
応手段として、水素の利用が有望視されている。そこで
容易かつ安全に水素を貯蔵、運搬する手段として、水素
吸蔵合金が注目されている。この水素吸蔵合金に要求さ
れる主な特性は、水素吸蔵量が多いこと、と適度な温度
で水素の吸蔵・放出が可能なことである。上記の特性を
満足すべく、希土類系、ラーベス相系、ＢＣＣ固溶体
系、Ｍｇ2Ｎｉ系、等が研究されている。
応手段として、水素の利用が有望視されている。そこで
容易かつ安全に水素を貯蔵、運搬する手段として、水素
吸蔵合金が注目されている。この水素吸蔵合金に要求さ
れる主な特性は、水素吸蔵量が多いこと、と適度な温度
で水素の吸蔵・放出が可能なことである。上記の特性を
満足すべく、希土類系、ラーベス相系、ＢＣＣ固溶体
系、Ｍｇ2Ｎｉ系、等が研究されている。
【０００３】各合金系の水素吸蔵量を比較すると、Ｍｇ
2Ｎｉ系が最も大きいが、反面、水素の吸蔵・放出の際
に２００〜３００℃の温度が必要でエネルギー効率や装
置コストの点で問題がある。そこで従来から、Ｍｇ2Ｎ
ｉ系の水素吸蔵量を維持したまま、吸蔵・放出の際の温
度を下げることが試みられてきた。
2Ｎｉ系が最も大きいが、反面、水素の吸蔵・放出の際
に２００〜３００℃の温度が必要でエネルギー効率や装
置コストの点で問題がある。そこで従来から、Ｍｇ2Ｎ
ｉ系の水素吸蔵量を維持したまま、吸蔵・放出の際の温
度を下げることが試みられてきた。
【０００４】このような試みとして、たとえば、Ｎｉサ
イトを他の遷移金属で置換する方法がある（Ｉｎｔ．
Ｊ．Ｈｙｄｏｒｏｇｅｎ Ｅｎｅｒｇｙ、Ｖｏｌ１８、
Ｎｏ．９、ｐ７０５〜７０８、１９８３）。また水素化
物中のＨ原子とＭｇ原子の結合エネルギーを減少させる
べく、Ｍｇサイトをより電気陰性度の大きな元素に置換
する方法がある（特開平０９−１９９１２２）。また他
の試みとして、添加剤を加えることで、水素吸蔵合金の
セル体積を変化させる方法もある（特開平０９−２５６
０９８）。さらには添加剤を加え、結晶構造を塩化セシ
ウム構造やホウ化クロム構造に安定化させる方法も提案
されている（特開平１１−２６９５８６）。
イトを他の遷移金属で置換する方法がある（Ｉｎｔ．
Ｊ．Ｈｙｄｏｒｏｇｅｎ Ｅｎｅｒｇｙ、Ｖｏｌ１８、
Ｎｏ．９、ｐ７０５〜７０８、１９８３）。また水素化
物中のＨ原子とＭｇ原子の結合エネルギーを減少させる
べく、Ｍｇサイトをより電気陰性度の大きな元素に置換
する方法がある（特開平０９−１９９１２２）。また他
の試みとして、添加剤を加えることで、水素吸蔵合金の
セル体積を変化させる方法もある（特開平０９−２５６
０９８）。さらには添加剤を加え、結晶構造を塩化セシ
ウム構造やホウ化クロム構造に安定化させる方法も提案
されている（特開平１１−２６９５８６）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、いずれの方法
も、水素の吸蔵量と適度な温度での吸蔵・放出を両立さ
せるとの観点からすれば、いまだ満足すべき水準には達
していない。そこで、本発明は水素吸蔵量を維持したま
ま、水素吸蔵の際の温度を下げることが可能な水素吸蔵
合金と、当該合金を用いた水素吸蔵・放出システムの提
供を目的とする。
も、水素の吸蔵量と適度な温度での吸蔵・放出を両立さ
せるとの観点からすれば、いまだ満足すべき水準には達
していない。そこで、本発明は水素吸蔵量を維持したま
ま、水素吸蔵の際の温度を下げることが可能な水素吸蔵
合金と、当該合金を用いた水素吸蔵・放出システムの提
供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、一般式
（Ｍｇ1-aαa）1-y（Ｎｉ1-bβb）yで表される合金を主
成分とし、α、βは一般式α2βで表される逆ＣａＦ2構
造の合金または化合物を形成する元素であることを特徴
とする水素吸蔵合金である。
（Ｍｇ1-aαa）1-y（Ｎｉ1-bβb）yで表される合金を主
成分とし、α、βは一般式α2βで表される逆ＣａＦ2構
造の合金または化合物を形成する元素であることを特徴
とする水素吸蔵合金である。
【０００７】第２の発明は、ａ、ｂ、ｙ、の値はそれぞ
れ、０．０１＜ａ≦０．５、０．０１＜ｂ≦０．５、
０．１５≦ｙ≦０．４であることを特徴とする第１の発
明に記載の水素吸蔵合金である。
れ、０．０１＜ａ≦０．５、０．０１＜ｂ≦０．５、
０．１５≦ｙ≦０．４であることを特徴とする第１の発
明に記載の水素吸蔵合金である。
【０００８】第３の発明は、αがＭｇ、βが１４族の元
素から選ばれる少なくとも１種の元素であることを特徴
とする、第１または２の発明に記載の水素吸蔵合金であ
る。
素から選ばれる少なくとも１種の元素であることを特徴
とする、第１または２の発明に記載の水素吸蔵合金であ
る。
【０００９】第４の発明は、αがＭｇ、βがＳｉである
ことを特徴とする、第３発明に記載の水素吸蔵合金であ
る。
ことを特徴とする、第３発明に記載の水素吸蔵合金であ
る。
【００１０】第５の発明は、αがＳｉ、βがＮｉである
ことを特徴とする、第１または２の発明に記載の水素吸
蔵合金である。
ことを特徴とする、第１または２の発明に記載の水素吸
蔵合金である。
【００１１】第６の発明は、αが１族の元素から選ばれ
る少なくとも１種の元素であり、βが１６族の元素から
選ばれる少なくとも１種の元素であることを特徴とす
る、第１または２の発明に記載の水素吸蔵合金である。
る少なくとも１種の元素であり、βが１６族の元素から
選ばれる少なくとも１種の元素であることを特徴とす
る、第１または２の発明に記載の水素吸蔵合金である。
【００１２】第７の発明は、αがＮａ、βがＳであるこ
とを特徴とする、第６の発明に記載の水素吸蔵合金であ
る。
とを特徴とする、第６の発明に記載の水素吸蔵合金であ
る。
【００１３】第８の発明は、αがＬｉ、βがＳであるこ
とを特徴とする、第６の発明に記載の水素吸蔵合金であ
る。
とを特徴とする、第６の発明に記載の水素吸蔵合金であ
る。
【００１４】第９の発明は、αがＣｕ、βが１６族の元
素から選ばれる少なくとも１種の元素であることを特徴
とする、第１または２の発明に記載の水素吸蔵合金の製
造方法である。
素から選ばれる少なくとも１種の元素であることを特徴
とする、第１または２の発明に記載の水素吸蔵合金の製
造方法である。
【００１５】第１０の発明は、αがＣｕ、βがＳである
ことを特徴とする、第９の発明に記載の水素吸蔵合金で
ある
ことを特徴とする、第９の発明に記載の水素吸蔵合金で
ある
【００１６】第１１の発明は、第１〜１０のいずれかの
発明に記載の水素吸蔵合金を用いたことを特徴とする水
素の吸蔵・放出システムである。
発明に記載の水素吸蔵合金を用いたことを特徴とする水
素の吸蔵・放出システムである。
【００１７】上記第１〜１１の発明を成すに当り、本発
明者はＭｇ2Ｎｉ系の水素吸蔵合金において、水素の吸
蔵・放出の際に原子の拡散を伴う可逆的な構造変態を起
こすことに注目した。すなわち、当該合金系においては
水素の吸蔵時にはＭｇ2ＮｉＨ4という逆ＣａＦ2構造の
化合物を形成し、放出時すなわちＭｇ2Ｎｉの状態では
ＣｕＡｌ2構造に類似の構造をとることが知られてい
る。
明者はＭｇ2Ｎｉ系の水素吸蔵合金において、水素の吸
蔵・放出の際に原子の拡散を伴う可逆的な構造変態を起
こすことに注目した。すなわち、当該合金系においては
水素の吸蔵時にはＭｇ2ＮｉＨ4という逆ＣａＦ2構造の
化合物を形成し、放出時すなわちＭｇ2Ｎｉの状態では
ＣｕＡｌ2構造に類似の構造をとることが知られてい
る。
【００１８】ここで、逆ＣａＦ2構造とは原子の位置関
係はフッ化カルシウム（ＣａＦ2）と同じで陽イオンと
陰イオンの位置がフッ化カルシウムとは逆になっている
結晶構造のことをいう。
係はフッ化カルシウム（ＣａＦ2）と同じで陽イオンと
陰イオンの位置がフッ化カルシウムとは逆になっている
結晶構造のことをいう。
【００１９】水素の吸蔵時にはＣｕＡｌ2類似構造から
逆ＣａＦ2構造へ、放出時にはその逆の構造変態が起こ
る。この構造変態にはエネルギーが必要なため、このこ
とが水素の吸蔵・放出時に高温度が必要な原因となって
いたのである。
逆ＣａＦ2構造へ、放出時にはその逆の構造変態が起こ
る。この構造変態にはエネルギーが必要なため、このこ
とが水素の吸蔵・放出時に高温度が必要な原因となって
いたのである。
【００２０】そこで第１の発明は、水素放出時の、当該
合金サイトの一部をあらかじめ逆ＣａＦ2構造の合金ま
たは化合物に置換すれば、構造変態のエネルギーを減少
させ水素吸蔵開始の際の温度を下げる一方、十分な水素
吸蔵量を確保できることからなされたものである。
合金サイトの一部をあらかじめ逆ＣａＦ2構造の合金ま
たは化合物に置換すれば、構造変態のエネルギーを減少
させ水素吸蔵開始の際の温度を下げる一方、十分な水素
吸蔵量を確保できることからなされたものである。
【００２１】第２の発明は、逆ＣａＦ2構造をもつ化合
物α2βの元素αで水素吸蔵合金中のＭｇサイトの一部
を置換し、元素βでＮｉサイトの一部を置換する際、後
述の理由による好ましい置換割合を限定したものであ
る。
物α2βの元素αで水素吸蔵合金中のＭｇサイトの一部
を置換し、元素βでＮｉサイトの一部を置換する際、後
述の理由による好ましい置換割合を限定したものであ
る。
【００２２】第３の発明は、上記第１または第２の発明
において、主に作業性の観点から元素αをＭｇとした場
合、元素βとしてはＭｇと逆ＣａＦ2構造を形成する合
金または化合物の多い１４族元素が好ましいことからな
されたものである。
において、主に作業性の観点から元素αをＭｇとした場
合、元素βとしてはＭｇと逆ＣａＦ2構造を形成する合
金または化合物の多い１４族元素が好ましいことからな
されたものである。
【００２３】第４の発明は、上記第３の発明において１
４族元素の中でもＳｉを選択すると、水素吸蔵時の格子
定数が、Ｍｇ2Ｎｉと近く置換しやすい点、及びＳｉが
軽元素であるため水素吸蔵合金の重量当りの水素吸蔵量
を増やす点で好ましいことからなされたものである。
４族元素の中でもＳｉを選択すると、水素吸蔵時の格子
定数が、Ｍｇ2Ｎｉと近く置換しやすい点、及びＳｉが
軽元素であるため水素吸蔵合金の重量当りの水素吸蔵量
を増やす点で好ましいことからなされたものである。
【００２４】第５の発明は、上記第１または第２の発明
において、主に作業性の観点から元素βをＮｉとした場
合、元素αとしてはＮｉと逆ＣａＦ2構造を形成するＳ
ｉが好ましいことからなされたものである。またＳｉは
軽元素であるため水素吸蔵合金の重量当りの水素吸蔵量
を増やす点においても好ましい。
において、主に作業性の観点から元素βをＮｉとした場
合、元素αとしてはＮｉと逆ＣａＦ2構造を形成するＳ
ｉが好ましいことからなされたものである。またＳｉは
軽元素であるため水素吸蔵合金の重量当りの水素吸蔵量
を増やす点においても好ましい。
【００２５】第６の発明は、上記第１または第２の発明
において、１族元素が、Ｍｇより価電子数が１だけ小さ
く化学的性質が類似していることから、Ｍｇサイトの置
換元素αとして好ましいことからなされたものである。
この時、Ｎｉサイトの置換元素βとしては、１族元素と
逆ＣａＦ2構造を形成する合金または化合物の多い１６
族元素が好ましい。
において、１族元素が、Ｍｇより価電子数が１だけ小さ
く化学的性質が類似していることから、Ｍｇサイトの置
換元素αとして好ましいことからなされたものである。
この時、Ｎｉサイトの置換元素βとしては、１族元素と
逆ＣａＦ2構造を形成する合金または化合物の多い１６
族元素が好ましい。
【００２６】第７の発明は、上記第６の発明において水
素吸蔵時のＭｇ2Ｎｉと格子定数の近い逆ＣａＦ2構造を
形成するＮａ2Ｓが好ましいことから、元素αとしてＮ
ａ、元素βとしてＳが好ましいことからなされたもので
ある。
素吸蔵時のＭｇ2Ｎｉと格子定数の近い逆ＣａＦ2構造を
形成するＮａ2Ｓが好ましいことから、元素αとしてＮ
ａ、元素βとしてＳが好ましいことからなされたもので
ある。
【００２７】第８の発明は、上記第６の発明において重
量当りの水素吸蔵量を増やすために元素αとしてＬｉが
好ましいが、この時、元素βとしてＳが好ましいことか
らなされたものである。
量当りの水素吸蔵量を増やすために元素αとしてＬｉが
好ましいが、この時、元素βとしてＳが好ましいことか
らなされたものである。
【００２８】第９の発明は、上記第１または第２の発明
において、Ｍｇサイトの置換元素αとして原料コストの
安価なＣｕを選択した場合、Ｎｉサイトの置換元素βと
してはＣｕと逆ＣａＦ2構造を形成する合金または化合
物の多い１６族元素が好ましいことからなされたもので
ある。
において、Ｍｇサイトの置換元素αとして原料コストの
安価なＣｕを選択した場合、Ｎｉサイトの置換元素βと
してはＣｕと逆ＣａＦ2構造を形成する合金または化合
物の多い１６族元素が好ましいことからなされたもので
ある。
【００２９】第１０の発明は、上記第９の発明において
重量当りの水素吸蔵量を増やすために、元素βとしてＳ
が好ましいことからなされたものである。
重量当りの水素吸蔵量を増やすために、元素βとしてＳ
が好ましいことからなされたものである。
【００３０】第１１の発明は下記のことからなされたも
のである。上記第１〜１０のいずれかの発明に記載の水
素吸蔵合金を用いたことで、例えば後述の実施例では水
素の吸蔵開始温度が約２０℃低下した。従って、該水素
吸蔵合金を用いれば、エネルギー効率が高くかつ装置コ
ストの削減が可能な水素の吸蔵・放出システムが構築で
きる。
のである。上記第１〜１０のいずれかの発明に記載の水
素吸蔵合金を用いたことで、例えば後述の実施例では水
素の吸蔵開始温度が約２０℃低下した。従って、該水素
吸蔵合金を用いれば、エネルギー効率が高くかつ装置コ
ストの削減が可能な水素の吸蔵・放出システムが構築で
きる。
【００３１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態にかか
るＭｇ2Ｎｉ系水素吸蔵合金を溶解鋳造法にて製造する
際に用いる真空溶解炉の構成の一例を示す縦部分断面、
図２は本発明の実施の形態にかかるＭｇ2Ｎｉ系水素吸
蔵合金を製造する際に用いる真空溶解炉の構成の一例を
示す横部分断面である。当該合金の製造方法としては溶
解鋳造法の外、アーク溶解法、メルトスピニング法、ア
トマイズ法、メカニカルアロイング法等、が可能であ
る。以下においては、図１、図２を参照にしながら実施
の形態にかかるＭｇ2Ｎｉ系水素吸蔵合金の溶解鋳造法
による製造方法を説明する。
るＭｇ2Ｎｉ系水素吸蔵合金を溶解鋳造法にて製造する
際に用いる真空溶解炉の構成の一例を示す縦部分断面、
図２は本発明の実施の形態にかかるＭｇ2Ｎｉ系水素吸
蔵合金を製造する際に用いる真空溶解炉の構成の一例を
示す横部分断面である。当該合金の製造方法としては溶
解鋳造法の外、アーク溶解法、メルトスピニング法、ア
トマイズ法、メカニカルアロイング法等、が可能であ
る。以下においては、図１、図２を参照にしながら実施
の形態にかかるＭｇ2Ｎｉ系水素吸蔵合金の溶解鋳造法
による製造方法を説明する。
【００３２】図１、図２に示されるように、真空溶解炉
は、真空チャンバー１と、この真空チャンバー１内に設
けられた高周波加熱方式のるつぼ２、鋳型３及び原料投
入器４１、４２、４３等で構成されている。
は、真空チャンバー１と、この真空チャンバー１内に設
けられた高周波加熱方式のるつぼ２、鋳型３及び原料投
入器４１、４２、４３等で構成されている。
【００３３】真空チャンバー１は、内部を真空排気する
ための真空ポンプ１１を有し、また、るつぼ２および原
料投入器４１、４２、４３に原料を供給したり、鋳型３
から鋳込まれた水素吸蔵合金を取り出したりするための
開閉自在の扉１２を有している。さらに、Ａｒ等の不活
性ガスを導入できる不活性ガス導入パイプ１３及び不活
性ガスフロー雰囲気を形成するための気体排出パイプ１
４を有している。なお、これらパイプには、パイプの導
通を開閉できるコック１３ａ，１４ａがそれぞれ設けら
れている。
ための真空ポンプ１１を有し、また、るつぼ２および原
料投入器４１、４２、４３に原料を供給したり、鋳型３
から鋳込まれた水素吸蔵合金を取り出したりするための
開閉自在の扉１２を有している。さらに、Ａｒ等の不活
性ガスを導入できる不活性ガス導入パイプ１３及び不活
性ガスフロー雰囲気を形成するための気体排出パイプ１
４を有している。なお、これらパイプには、パイプの導
通を開閉できるコック１３ａ，１４ａがそれぞれ設けら
れている。
【００３４】るつぼ２は、原料を反応させる加熱炉であ
り、セラミックスの焼結体等で構成された上部に開口部
を有する容器であって、外周部には高周波加熱するため
の誘導コイル２１が設けられている。また、図２に示さ
れるように、るつぼ２は、支持腕２２に取りつけられて
いる。支持腕２２は真空チャンバー１の壁部を気密を維
持しながら貫通して回転自在に取付られている。これに
より、外部から支持腕２２を回転操作することにより、
るつぼ２を回転して内部の溶解物を鋳型３に注ぎ込むこ
とができるようになっている。
り、セラミックスの焼結体等で構成された上部に開口部
を有する容器であって、外周部には高周波加熱するため
の誘導コイル２１が設けられている。また、図２に示さ
れるように、るつぼ２は、支持腕２２に取りつけられて
いる。支持腕２２は真空チャンバー１の壁部を気密を維
持しながら貫通して回転自在に取付られている。これに
より、外部から支持腕２２を回転操作することにより、
るつぼ２を回転して内部の溶解物を鋳型３に注ぎ込むこ
とができるようになっている。
【００３５】さらに図１に示されるように、るつぼ２の
上部開口部は、必要に応じて蓋体２３によって密閉でき
るようになっている。この蓋体２３は、支持棒２３ａに
取付られ、この支持棒２３ａは、真空チャンバー１の壁
部を気密を維持しながら貫通しつつ上下動自在に取付ら
れている。これにより、外部から支持棒２３を上下操作
することにより、蓋体２３を上下させてるつぼ２の上部
開口部を密閉し、また密閉を解除できるようになってい
る。
上部開口部は、必要に応じて蓋体２３によって密閉でき
るようになっている。この蓋体２３は、支持棒２３ａに
取付られ、この支持棒２３ａは、真空チャンバー１の壁
部を気密を維持しながら貫通しつつ上下動自在に取付ら
れている。これにより、外部から支持棒２３を上下操作
することにより、蓋体２３を上下させてるつぼ２の上部
開口部を密閉し、また密閉を解除できるようになってい
る。
【００３６】鋳型３は、るつぼ２で溶解反応した合金を
鋳込んで所定の形状の水素吸蔵合金に形成するものであ
り、Ｃｕ、Ｃ（カーボン）等で構成され、鋳型台３１上
に設置される。
鋳込んで所定の形状の水素吸蔵合金に形成するものであ
り、Ｃｕ、Ｃ（カーボン）等で構成され、鋳型台３１上
に設置される。
【００３７】原料投入器４１、４２及び４３は、るつぼ
２の加熱中、任意の時点で原料を投入するための装置
で、加熱開始後に投入する原料を装填しておく。これに
は外部から開閉できるコック４１ａ、４２ａ（図示され
ていない）、４３ａ（図示されていない）が付いてお
り、蓋体２３を上げてこのコックを開くことにより、加
熱中の任意の時点でるつぼ２内に原料を投入できるよう
になっている。なお、図示しないが真空チャンバー１に
は、内部を観察しながら、るつぼ２や原料投入器４１、
４２、４３等を操作できるように、観察窓が設けられて
いる。
２の加熱中、任意の時点で原料を投入するための装置
で、加熱開始後に投入する原料を装填しておく。これに
は外部から開閉できるコック４１ａ、４２ａ（図示され
ていない）、４３ａ（図示されていない）が付いてお
り、蓋体２３を上げてこのコックを開くことにより、加
熱中の任意の時点でるつぼ２内に原料を投入できるよう
になっている。なお、図示しないが真空チャンバー１に
は、内部を観察しながら、るつぼ２や原料投入器４１、
４２、４３等を操作できるように、観察窓が設けられて
いる。
【００３８】上述の真空溶解炉用いて次のようにして製
造する。 （１）原料の準備 るつぼ２にＭｇ，Ｎｉ、並びに、添加元素α、βを所定
の仕込み量に合わせて装填する。尚、この際、α、βは
それぞれの単体、またはα2βのような化合物の形態の
どちらでも良い。また蒸気圧が高く溶解中に飛散する恐
れのある原料は原料投入器に装填する。上記原料の純度
は好ましくは３Ｎ以上で、形状はインゴット、ショッ
ト、粉末のいずれでも良い。
造する。 （１）原料の準備 るつぼ２にＭｇ，Ｎｉ、並びに、添加元素α、βを所定
の仕込み量に合わせて装填する。尚、この際、α、βは
それぞれの単体、またはα2βのような化合物の形態の
どちらでも良い。また蒸気圧が高く溶解中に飛散する恐
れのある原料は原料投入器に装填する。上記原料の純度
は好ましくは３Ｎ以上で、形状はインゴット、ショッ
ト、粉末のいずれでも良い。
【００３９】Ｎｉサイト（Ｎｉ＋β）の仕込み量ｙは、
合金になったときに、予定した組成になるような量であ
り、原料全体に対し組成比で０．１５≦ｙ≦０．４とす
る。これは組成比が０．１５以下の場合、合金中の逆Ｃ
ａＦ2相の割合が減少して水素吸蔵温度低下の効果が少
なくなること、及び元素αがＭｇ又は１族元素の場合、
鋳塊に粘りがでて粉砕性が著しく低下するため作業性の
点で好ましくない。一方０．４を超えた場合も合金中の
逆ＣａＦ2相の割合が減少して水素吸蔵温度低下の効果
が少なくなり、また、元素βがＮｉ及び１４族の場合、
原料の溶解のため高温が必要となり、製造コスト、作業
性の点で好ましくない。
合金になったときに、予定した組成になるような量であ
り、原料全体に対し組成比で０．１５≦ｙ≦０．４とす
る。これは組成比が０．１５以下の場合、合金中の逆Ｃ
ａＦ2相の割合が減少して水素吸蔵温度低下の効果が少
なくなること、及び元素αがＭｇ又は１族元素の場合、
鋳塊に粘りがでて粉砕性が著しく低下するため作業性の
点で好ましくない。一方０．４を超えた場合も合金中の
逆ＣａＦ2相の割合が減少して水素吸蔵温度低下の効果
が少なくなり、また、元素βがＮｉ及び１４族の場合、
原料の溶解のため高温が必要となり、製造コスト、作業
性の点で好ましくない。
【００４０】また、Ｎｉサイト（Ｎｉ＋β）の置換割合
ｂは０．０１≦ｂ≦０．５とする。０．０１より少ない
と結晶中に十分な量の逆ＣａＦ2相が生成せず、０．５
より大きいと結晶中の水素吸蔵サイトの数が減少し水素
吸蔵量が減少するため好ましくない。
ｂは０．０１≦ｂ≦０．５とする。０．０１より少ない
と結晶中に十分な量の逆ＣａＦ2相が生成せず、０．５
より大きいと結晶中の水素吸蔵サイトの数が減少し水素
吸蔵量が減少するため好ましくない。
【００４１】Ｍｇサイト（Ｍｇ＋α）の仕込み量１−ｙ
も、合金になったときに、予定した組成になるような量
とする。また、Ｍｇサイト（Ｍｇ＋α）の置換割合ａは
０．０１≦ａ≦０．５とする。０．０１より少ないと結
晶中に十分な量の逆ＣａＦ2相が生成せず、０．５より
大きいと結晶中の水素吸蔵サイトの数が減少し水素吸蔵
量が減少するため好ましくない。
も、合金になったときに、予定した組成になるような量
とする。また、Ｍｇサイト（Ｍｇ＋α）の置換割合ａは
０．０１≦ａ≦０．５とする。０．０１より少ないと結
晶中に十分な量の逆ＣａＦ2相が生成せず、０．５より
大きいと結晶中の水素吸蔵サイトの数が減少し水素吸蔵
量が減少するため好ましくない。
【００４２】（２）真空溶解炉内の雰囲気の置換 上記原料の装填が終了したら、真空チャンバー１の扉１
２を閉め、真空チャンバー１内部を真空ポンプ１１によ
って真空度が５０Ｐａ以下になるまで真空排気する。次
に、コック１３ａを開き、パイプ１３を通じてＡｒ、Ｈ
ｅ等の不活性ガスを真空チャンバー１内に導入する。真
空チャンバー１内が不活性ガスで満されて大気圧になっ
たら、コック１４ａを開き、真空チャンバー１内を不活
性ガスフロー雰囲気にする。ガスフロー量は、雰囲気中
の酸素ガス濃度が５０ｐｐｍ以下に保持できる流量とす
る。
２を閉め、真空チャンバー１内部を真空ポンプ１１によ
って真空度が５０Ｐａ以下になるまで真空排気する。次
に、コック１３ａを開き、パイプ１３を通じてＡｒ、Ｈ
ｅ等の不活性ガスを真空チャンバー１内に導入する。真
空チャンバー１内が不活性ガスで満されて大気圧になっ
たら、コック１４ａを開き、真空チャンバー１内を不活
性ガスフロー雰囲気にする。ガスフロー量は、雰囲気中
の酸素ガス濃度が５０ｐｐｍ以下に保持できる流量とす
る。
【００４３】（３）加熱反応 上記真空チャンバー１内の雰囲気置換を行なって不活性
ガスフロー雰囲気にしたら、誘導コイル２１に高周波電
力を印加し、るつぼ２内の原料を加熱して所定の昇温速
度で設定温度まで昇温する。設定温度は、装填原料の溶
解温度とし、設定温度になったら保持時間は２０分程度
かそれ以下で良い。
ガスフロー雰囲気にしたら、誘導コイル２１に高周波電
力を印加し、るつぼ２内の原料を加熱して所定の昇温速
度で設定温度まで昇温する。設定温度は、装填原料の溶
解温度とし、設定温度になったら保持時間は２０分程度
かそれ以下で良い。
【００４４】原料投入器を使用する場合は、るつぼ２を
装填原料の反応が十分進行する温度まで昇温した後、原
料投入器の原料をるつぼ２内に投入する。保持時間は２
０分程度かそれ以下で良い。
装填原料の反応が十分進行する温度まで昇温した後、原
料投入器の原料をるつぼ２内に投入する。保持時間は２
０分程度かそれ以下で良い。
【００４５】（４）鋳込み 上記所定の保持時間が過ぎたら、支持腕２２を操作して
るつぼ２を回転・傾斜させ、るつぼ２内の溶解物を鋳型
３に流し込み、鋳造を行なう。鋳塊の温度が１００℃以
下になったのを確認してガスフローを終了し、扉１２を
開け、鋳型３内の合金を取り出す。
るつぼ２を回転・傾斜させ、るつぼ２内の溶解物を鋳型
３に流し込み、鋳造を行なう。鋳塊の温度が１００℃以
下になったのを確認してガスフローを終了し、扉１２を
開け、鋳型３内の合金を取り出す。
【００４６】上述の方法で得られた水素吸蔵合金の鋳塊
を乳鉢を用いて２５０μｍ以下になるまで粉砕し、水素
吸蔵合金試料とした。図３は本発明の実施の形態にかか
る水素吸蔵合金の水素の吸蔵特性を測定する装置であ
る。以下、この図３を参照しながら当該試料の水素吸蔵
特性およびその測定方法について説明する。
を乳鉢を用いて２５０μｍ以下になるまで粉砕し、水素
吸蔵合金試料とした。図３は本発明の実施の形態にかか
る水素吸蔵合金の水素の吸蔵特性を測定する装置であ
る。以下、この図３を参照しながら当該試料の水素吸蔵
特性およびその測定方法について説明する。
【００４７】試料セル５１内に試料を装填後、室温のま
まバルブ５５とバルブ５６を開き、真空ポンプ５７を用
いて圧力ゲージ５８で確認しながら試料セル５１内を１
００Ｐａ以下迄真空排気する。次にバルブ５６を閉じ、
バルブ５４を開いて水素ボンベ５３より試料セル５１内
へ水素ガスを導入し、圧力ゲージ５８で確認しながら試
料セル内の水素圧を２ＭＰａ程度とし、バルブ５４を閉
じる。この状態で試料セル５１をヒーター５２を用いて
２℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱し、その間の試料セル５
１内の温度と圧力の変化を測定し、圧力が低下し始める
温度を水素吸蔵開始温度とした。そして測定系内の、水
素ガスの体積と圧力の低下量から該試料の水素吸蔵量を
算出した。
まバルブ５５とバルブ５６を開き、真空ポンプ５７を用
いて圧力ゲージ５８で確認しながら試料セル５１内を１
００Ｐａ以下迄真空排気する。次にバルブ５６を閉じ、
バルブ５４を開いて水素ボンベ５３より試料セル５１内
へ水素ガスを導入し、圧力ゲージ５８で確認しながら試
料セル内の水素圧を２ＭＰａ程度とし、バルブ５４を閉
じる。この状態で試料セル５１をヒーター５２を用いて
２℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱し、その間の試料セル５
１内の温度と圧力の変化を測定し、圧力が低下し始める
温度を水素吸蔵開始温度とした。そして測定系内の、水
素ガスの体積と圧力の低下量から該試料の水素吸蔵量を
算出した。
【００４８】その結果、上記試料においては、従来のＭ
ｇ2Ｎｉ合金の水素吸蔵開始より低い温度から水素の圧
力が低下し始め、水素の吸蔵が始まっていることが確認
された。一方、水素吸蔵量は従来のＭｇ2Ｎｉ合金と比
較して、ほぼ同等であることが確認された。
ｇ2Ｎｉ合金の水素吸蔵開始より低い温度から水素の圧
力が低下し始め、水素の吸蔵が始まっていることが確認
された。一方、水素吸蔵量は従来のＭｇ2Ｎｉ合金と比
較して、ほぼ同等であることが確認された。
【００４９】
【実施例】以下、実施例に基づいて、本発明を更に詳細
に説明する。
に説明する。
【００５０】（実施例）純度３ＮのＭｇショット、純度
３ＮのＮｉショットおよび純度２ＮのＮａ2Ｓ粉末を準
備した。仕込み組成において（Ｍｇ0.9Ｎａ0.1）
0.67（Ｎｉ0.9Ｓ0.1）0.33、総量として２００ｇとなる
ように各元素を秤量後、高周波加熱式ルツボ２内にＭ
ｇ、Ｎｉ、原料投入器４１内にＮａ2Ｓをそれぞれ装填
した。
３ＮのＮｉショットおよび純度２ＮのＮａ2Ｓ粉末を準
備した。仕込み組成において（Ｍｇ0.9Ｎａ0.1）
0.67（Ｎｉ0.9Ｓ0.1）0.33、総量として２００ｇとなる
ように各元素を秤量後、高周波加熱式ルツボ２内にＭ
ｇ、Ｎｉ、原料投入器４１内にＮａ2Ｓをそれぞれ装填
した。
【００５１】真空チャンバー１を密閉後、真空度５０Ｐ
ａ迄排気し、Ａｒガス２ｌ／ｍｉｎのガスフロー雰囲気
としたら、Ｎｉの加熱を開始する。その際、昇温速度は
２２℃／ｍｉｎ設定到達温度は８５０℃とした。るつぼ
２の温度が８５０℃となったら、蓋体２３を上げ原料投
入器４１内のＮａ2Ｓをるつぼ２内に投入する。その
後、蓋体２３を閉めて５分間保持した後、溶解物を鋳型
３に流し込み鋳造をおこなって鋳塊を得、これを２５０
μｍ迄粉砕して（Ｍｇ0.9Ｎａ0.1）2（Ｎｉ0.9Ｓ0.1）
試料とした。
ａ迄排気し、Ａｒガス２ｌ／ｍｉｎのガスフロー雰囲気
としたら、Ｎｉの加熱を開始する。その際、昇温速度は
２２℃／ｍｉｎ設定到達温度は８５０℃とした。るつぼ
２の温度が８５０℃となったら、蓋体２３を上げ原料投
入器４１内のＮａ2Ｓをるつぼ２内に投入する。その
後、蓋体２３を閉めて５分間保持した後、溶解物を鋳型
３に流し込み鋳造をおこなって鋳塊を得、これを２５０
μｍ迄粉砕して（Ｍｇ0.9Ｎａ0.1）2（Ｎｉ0.9Ｓ0.1）
試料とした。
【００５２】この試料の水素吸蔵特性を測定したところ
図４に示す結果を得た。ここで、図４の横軸は時間（ｓ
ｅｃ）で、左端は０ｓｅｃ、右端は９０００ｓｅｃとし
た。縦軸は測定系内の水素圧（ＭＰａ）と測定系内の温
度（℃）で、水素圧の下端は０ＭＰａ、上端は２．５Ｍ
Ｐａ、温度の下端は０℃、上端は３５０℃とした。
図４に示す結果を得た。ここで、図４の横軸は時間（ｓ
ｅｃ）で、左端は０ｓｅｃ、右端は９０００ｓｅｃとし
た。縦軸は測定系内の水素圧（ＭＰａ）と測定系内の温
度（℃）で、水素圧の下端は０ＭＰａ、上端は２．５Ｍ
Ｐａ、温度の下端は０℃、上端は３５０℃とした。
【００５３】測定系内の水素圧曲線（図中、実線で表示
した。）が低下し始める温度を水素吸蔵開始温度とし
た。但し、水素圧はなだらかに低下し始めるので、その
前後の水素圧曲線の接線（図中、破線で表示した。）を
引き、これらの交点を水素圧が低下し始める点すなわち
水素吸蔵が開始される点とした。そして、その時間の温
度を温度曲線（図中、一点鎖線で表示した。）から読み
とって（図中、二点鎖線で表示した。）水素吸蔵開始温
度とした。また、水素吸蔵量は測定系内の水素ガスの体
積と水素圧の低下量から、減少した測定系内の水素量を
計算し、合金重量当たり吸蔵された水素の重量％として
算出した。図４において水素吸蔵開始温度は１５５℃、
水素吸蔵量は２．３ｗｔ％であった。
した。）が低下し始める温度を水素吸蔵開始温度とし
た。但し、水素圧はなだらかに低下し始めるので、その
前後の水素圧曲線の接線（図中、破線で表示した。）を
引き、これらの交点を水素圧が低下し始める点すなわち
水素吸蔵が開始される点とした。そして、その時間の温
度を温度曲線（図中、一点鎖線で表示した。）から読み
とって（図中、二点鎖線で表示した。）水素吸蔵開始温
度とした。また、水素吸蔵量は測定系内の水素ガスの体
積と水素圧の低下量から、減少した測定系内の水素量を
計算し、合金重量当たり吸蔵された水素の重量％として
算出した。図４において水素吸蔵開始温度は１５５℃、
水素吸蔵量は２．３ｗｔ％であった。
【００５４】（比較例）純度３ＮのＭｇショット、純度
３ＮのＮｉショットを準備した。仕込み組成においてＭ
ｇ0.67Ｎｉ0.33、総量として２００ｇとなるように各元
素を秤量後、高周波加熱式ルツボ２内に装填した。
３ＮのＮｉショットを準備した。仕込み組成においてＭ
ｇ0.67Ｎｉ0.33、総量として２００ｇとなるように各元
素を秤量後、高周波加熱式ルツボ２内に装填した。
【００５５】真空チャンバー１を密閉後、真空度５０Ｐ
ａ迄排気し、Ａｒガス２ｌ／ｍｉｎのガスフロー雰囲気
としたら、るつぼ２の加熱を開始する。その際、昇温速
度は１５℃／ｍｉｎ設定到達温度は９００℃とした。る
つぼ２の温度が９００℃となったら、５分間保持した
後、溶解物を鋳型３に流し込み鋳造をおこなって鋳塊を
得、これを２５０μｍ迄粉砕してＭｇ2Ｎｉ試料とし
た。
ａ迄排気し、Ａｒガス２ｌ／ｍｉｎのガスフロー雰囲気
としたら、るつぼ２の加熱を開始する。その際、昇温速
度は１５℃／ｍｉｎ設定到達温度は９００℃とした。る
つぼ２の温度が９００℃となったら、５分間保持した
後、溶解物を鋳型３に流し込み鋳造をおこなって鋳塊を
得、これを２５０μｍ迄粉砕してＭｇ2Ｎｉ試料とし
た。
【００５６】この試料の水素吸蔵特性を測定したところ
図５に示す結果を得た。すなわち水素吸蔵開始温度は１
７５℃、水素吸蔵量は２．３ｗｔ％であった。但し、図
５の縦軸、横軸、水素圧、温度、接線、温度の読み取り
は図４と同様である。
図５に示す結果を得た。すなわち水素吸蔵開始温度は１
７５℃、水素吸蔵量は２．３ｗｔ％であった。但し、図
５の縦軸、横軸、水素圧、温度、接線、温度の読み取り
は図４と同様である。
【００５７】
【発明の効果】以上のように本発明のＭｇ2Ｎｉ系水素
吸蔵合金は、高い水素吸蔵特性を保持したまま、吸蔵開
始温度を約２０℃低下させることができた。この結果、
本発明の水素吸蔵合金を用いることで従来品を使用した
場合に比べ、エネルギー効率および装置コストの点では
るかに優れた水素吸蔵・放出システムを構築することが
可能になった。
吸蔵合金は、高い水素吸蔵特性を保持したまま、吸蔵開
始温度を約２０℃低下させることができた。この結果、
本発明の水素吸蔵合金を用いることで従来品を使用した
場合に比べ、エネルギー効率および装置コストの点では
るかに優れた水素吸蔵・放出システムを構築することが
可能になった。
【図１】本発明の実施の形態にかかる水素吸蔵合金を製
造する際に用いる真空溶解炉の一例の構成を示す縦部分
断面である。
造する際に用いる真空溶解炉の一例の構成を示す縦部分
断面である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる水素吸蔵合金を製
造する際に用いる真空溶解炉の一例の構成を示す横部分
断面である。
造する際に用いる真空溶解炉の一例の構成を示す横部分
断面である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる水素吸蔵合金の水
素吸蔵特性を測定する際に用いる測定装置の構成を示す
概略図である。
素吸蔵特性を測定する際に用いる測定装置の構成を示す
概略図である。
【図４】本発明における水素吸蔵合金の実施例（Ｍｇ
0.9Ｎａ0.1）2（Ｎｉ0.9Ｓ0.1）の水素吸蔵特性測定結
果のグラフを示す図である。
0.9Ｎａ0.1）2（Ｎｉ0.9Ｓ0.1）の水素吸蔵特性測定結
果のグラフを示す図である。
【図５】本発明における水素吸蔵合金の比較例Ｍｇ2Ｎ
ｉの水素吸蔵特性測定結果のグラフを示す図である。
ｉの水素吸蔵特性測定結果のグラフを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3E072 EA10 4G040 AA44 AA46 5H027 AA02 BA14 5H050 AA00 BA14 CB16 HA02
Claims (11)
- 【請求項1】一般式（Ｍｇ1-aαa）1-y（Ｎｉ1-bβb）y
で表される合金を主成分とし、α、βは一般式α2βで
表される逆ＣａＦ2構造の合金または化合物を形成する
元素であることを特徴とする水素吸蔵合金。 - 【請求項２】ａ、ｂ、ｙ、の値はそれぞれ、０．０１＜
ａ≦０．５、０．０１＜ｂ≦０．５、０．１５≦ｙ≦
０．４であることを特徴とする請求項１に記載の水素吸
蔵合金。 - 【請求項３】αがＭｇ、βが１４族の元素から選ばれる
少なくとも１種の元素であることを特徴とする、請求項
１または２に記載の水素吸蔵合金。 - 【請求項４】αがＭｇ、βがＳｉであることを特徴とす
る、請求項３に記載の水素吸蔵合金。 - 【請求項５】αがＳｉ、βがＮｉであることを特徴とす
る、請求項１または２に記載の水素吸蔵合金。 - 【請求項６】αが１族の元素から選ばれる少なくとも１
種の元素であり、βが１６族の元素から選ばれる少なく
とも１種の元素であることを特徴とする、請求項１また
は２に記載の水素吸蔵合金。 - 【請求項７】αがＮａ、βがＳであることを特徴とす
る、請求項６に記載の水素吸蔵合金。 - 【請求項８】αがＬｉ、βがＳであることを特徴とす
る、請求項６に記載の水素吸蔵合金。 - 【請求項９】αがＣｕ、βが１６族の元素から選ばれる
少なくとも１種の元素であることを特徴とする、請求項
１または２に記載の水素吸蔵合金。 - 【請求項１０】αがＣｕ、βがＳであることを特徴とす
る、請求項９に記載の水素吸蔵合金。 - 【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかに記載の水素
吸蔵合金を用いたことを特徴とする水素の吸蔵・放出シ
ステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000170640A JP4797146B2 (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 水素吸蔵合金と当該合金を用いた水素吸蔵・放出システム |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000170640A JP4797146B2 (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 水素吸蔵合金と当該合金を用いた水素吸蔵・放出システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001348639A true JP2001348639A (ja) | 2001-12-18 |
| JP4797146B2 JP4797146B2 (ja) | 2011-10-19 |
Family
ID=18673325
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000170640A Expired - Fee Related JP4797146B2 (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 水素吸蔵合金と当該合金を用いた水素吸蔵・放出システム |
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|---|---|
| JP (1) | JP4797146B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007517372A (ja) * | 2003-12-31 | 2007-06-28 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | 燃料パージを利用した燃料電池の起動方法 |
| CN111326220A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-06-23 | 重庆大学 | 一种高强韧锆钛基合金的设计方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH0676817A (ja) * | 1992-01-08 | 1994-03-18 | Univ Nankai | マグネシウム系水素貯蔵合金 |
| JPH08311596A (ja) * | 1994-07-22 | 1996-11-26 | Toshiba Corp | 水素吸蔵合金、水素吸蔵合金の表面改質方法、電池用負極およびアルカリ二次電池 |
| JPH09199122A (ja) * | 1996-01-22 | 1997-07-31 | Toshiba Corp | 水素吸蔵合金および二次電池 |
| JPH09256098A (ja) * | 1996-03-25 | 1997-09-30 | Agency Of Ind Science & Technol | マグネシウム系水素吸蔵合金 |
| JPH10147827A (ja) * | 1996-11-19 | 1998-06-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素吸蔵合金およびその製造方法 |
| JPH10251791A (ja) * | 1997-03-14 | 1998-09-22 | Toshiba Corp | 水素吸蔵合金、電池用負極およびアルカリ二次電池 |
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-
2000
- 2000-06-07 JP JP2000170640A patent/JP4797146B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN111326220A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-06-23 | 重庆大学 | 一种高强韧锆钛基合金的设计方法 |
| CN111326220B (zh) * | 2020-04-16 | 2023-08-15 | 重庆大学 | 一种高强韧锆钛基合金的设计方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4797146B2 (ja) | 2011-10-19 |
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