JP2002146464A - 水素吸蔵合金およびその製造方法並びに水素の吸蔵・放出システム - Google Patents
水素吸蔵合金およびその製造方法並びに水素の吸蔵・放出システムInfo
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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、１５０℃以下の
低温での水素吸蔵量が高いＭｇ2Ｎｉ系水素吸蔵合金を
調製する。 【解決手段】従来のＭｇ2Ｎｉ合金に新たな添加元素と
してＬｉを添加し、一般式（Ｍｇ1-aＬｉa）1-yＮｉyで
表される合金を主成分とすることを特徴とする水素吸蔵
合金を調製し、１５０℃以下の低温での水素吸蔵量が高
い水素吸蔵合金を調製することが出来た。
水素吸蔵・放出システムを構築する為、１５０℃以下の
低温での水素吸蔵量が高いＭｇ2Ｎｉ系水素吸蔵合金を
調製する。 【解決手段】従来のＭｇ2Ｎｉ合金に新たな添加元素と
してＬｉを添加し、一般式（Ｍｇ1-aＬｉa）1-yＮｉyで
表される合金を主成分とすることを特徴とする水素吸蔵
合金を調製し、１５０℃以下の低温での水素吸蔵量が高
い水素吸蔵合金を調製することが出来た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水素貯蔵、水素精
製、熱利用システム、圧力変換、電池電極、触媒、等に
適用可能な水素吸蔵合金に関する。
製、熱利用システム、圧力変換、電池電極、触媒、等に
適用可能な水素吸蔵合金に関する。
【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、適度な温度で
水素の吸蔵・放出が可能なこと、等である。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、等の合金系が研究されている。
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、適度な温度で
水素の吸蔵・放出が可能なこと、等である。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、等の合金系が研究されている。
【０００３】前記各合金系の水素吸蔵量を比較すると、
Ｍｇ2Ｎｉ系が最も大きいが、反面、この合金系は１５
０〜３００℃に加熱しないと本来の水素吸蔵量を発揮し
ない。エネルギー効率や装置コストの点からはなるべく
室温付近で水素吸蔵をさせることが望ましいが、この合
金系はおおよそ１５０℃以下（以下、「１５０℃以下」
と記す。）の低温で使用すると、水素を吸蔵させるのに
かなりの時間が必要となる。結局のところ、１５０℃以
下の低温では、実用的な時間内で吸蔵させられる水素吸
蔵量はかなり低くなり実用的ではなかったのである。そ
こでＭｇ2Ｎｉ系が１５０℃以下の低温でも実用使用が
可能となるように、従来から、低温でも水素吸蔵・放出
量を高める試みがなされてきた。このうち１５０℃以下
の低温における水素吸蔵量を高めるだけでも、水素吸蔵
の際に必要な温度を低下でき、水素吸蔵時に必要なエネ
ルギーを削減できることから、Ｍｇ2Ｎｉ系において、
１５０℃以下の低温での水素吸蔵量を高める試みが従来
からなされている。
Ｍｇ2Ｎｉ系が最も大きいが、反面、この合金系は１５
０〜３００℃に加熱しないと本来の水素吸蔵量を発揮し
ない。エネルギー効率や装置コストの点からはなるべく
室温付近で水素吸蔵をさせることが望ましいが、この合
金系はおおよそ１５０℃以下（以下、「１５０℃以下」
と記す。）の低温で使用すると、水素を吸蔵させるのに
かなりの時間が必要となる。結局のところ、１５０℃以
下の低温では、実用的な時間内で吸蔵させられる水素吸
蔵量はかなり低くなり実用的ではなかったのである。そ
こでＭｇ2Ｎｉ系が１５０℃以下の低温でも実用使用が
可能となるように、従来から、低温でも水素吸蔵・放出
量を高める試みがなされてきた。このうち１５０℃以下
の低温における水素吸蔵量を高めるだけでも、水素吸蔵
の際に必要な温度を低下でき、水素吸蔵時に必要なエネ
ルギーを削減できることから、Ｍｇ2Ｎｉ系において、
１５０℃以下の低温での水素吸蔵量を高める試みが従来
からなされている。
【０００４】このような試みの例を次に記載する。 １．合金表面をフッ化処理する方法がある。（特開平５
−２１３６０１、特開平９−３０２４３６、特開平１０
−２１９３０１）これらの文献によれば、合金表面にフ
ッ化処理を行うことにより、室温〜１００℃程度の温度
で水素吸蔵が可能であると記載されている。
−２１３６０１、特開平９−３０２４３６、特開平１０
−２１９３０１）これらの文献によれば、合金表面にフ
ッ化処理を行うことにより、室温〜１００℃程度の温度
で水素吸蔵が可能であると記載されている。
【０００５】２．機械的処理（例えばメカニカルアロイ
ング）を用いて合金を作製する方法がある。（特開平１
１−６１３１３）この文献によれば、８０℃程度の温度
で水素吸蔵が可能であると記載されている。
ング）を用いて合金を作製する方法がある。（特開平１
１−６１３１３）この文献によれば、８０℃程度の温度
で水素吸蔵が可能であると記載されている。
【０００６】３．２種以上の水素吸蔵合金を複合化する
方法がある。この中にも減圧溶射による複合化（特開平
７−４１８０８）、熱処理による複合化（特開平７−１
２６７７４）等がある。
方法がある。この中にも減圧溶射による複合化（特開平
７−４１８０８）、熱処理による複合化（特開平７−１
２６７７４）等がある。
【０００７】４．添加物としてミッシュメタル等の希土
類元素を添加する方法がある（特開昭５１−１３４３０
３）。この文献によれば、５０℃の温度で水素吸蔵が可
能であると記載されている。
類元素を添加する方法がある（特開昭５１−１３４３０
３）。この文献によれば、５０℃の温度で水素吸蔵が可
能であると記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記いずれの
方法も、フッ化処理、メカニカルアロイング等の付加的
工程が必要である、２種以上の合金作製が必要である、
水素吸蔵合金の重量が増加して合金重量当たりの水素吸
蔵量が低下する、等の課題を有している。そのため、合
金の工業的製法に関する作業性・コスト、水素吸蔵シス
テム構築、等の観点からすれば、前記方法で調製された
いずれの水素吸蔵合金も、いまだ満足すべき水準には達
していない。
方法も、フッ化処理、メカニカルアロイング等の付加的
工程が必要である、２種以上の合金作製が必要である、
水素吸蔵合金の重量が増加して合金重量当たりの水素吸
蔵量が低下する、等の課題を有している。そのため、合
金の工業的製法に関する作業性・コスト、水素吸蔵シス
テム構築、等の観点からすれば、前記方法で調製された
いずれの水素吸蔵合金も、いまだ満足すべき水準には達
していない。
【０００９】そこで、本発明は前記Ｍｇ2Ｎｉ系合金の
１５０℃以下の低温における水素吸蔵量を高め、水素吸
蔵の際に必要な温度を下げることが可能で、工業的には
低コストで大量生産可能で、水素吸蔵・放出システムの
構築に好適な水素吸蔵合金およびその製造方法、並びに
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。
１５０℃以下の低温における水素吸蔵量を高め、水素吸
蔵の際に必要な温度を下げることが可能で、工業的には
低コストで大量生産可能で、水素吸蔵・放出システムの
構築に好適な水素吸蔵合金およびその製造方法、並びに
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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明をなすにあたり、
本発明者はＭｇ2Ｎｉ系の水素吸蔵合金において、製造
工程を複雑化することなく、１５０℃以下の低温での水
素吸蔵量を高める方法を検討した。その結果、Ｌｉを添
加元素として用いると次に記載するような優れた特徴を
発揮することを見出し、本発明を完成したものである。 １．１５０℃以下の低温での水素吸蔵量を大幅に高める
ことが出来た。 ２．Ｌｉの添加は、合金製造の際の原料金属投入時に行
なうことができるため、現状の合金製造工程に変更を加
えることなく適用可能である。そのため、設備コスト増
とならず、かつ大量生産に適している。 ３．水素貯蔵量当たりの合金重量の増加がない。
本発明者はＭｇ2Ｎｉ系の水素吸蔵合金において、製造
工程を複雑化することなく、１５０℃以下の低温での水
素吸蔵量を高める方法を検討した。その結果、Ｌｉを添
加元素として用いると次に記載するような優れた特徴を
発揮することを見出し、本発明を完成したものである。 １．１５０℃以下の低温での水素吸蔵量を大幅に高める
ことが出来た。 ２．Ｌｉの添加は、合金製造の際の原料金属投入時に行
なうことができるため、現状の合金製造工程に変更を加
えることなく適用可能である。そのため、設備コスト増
とならず、かつ大量生産に適している。 ３．水素貯蔵量当たりの合金重量の増加がない。
【００１１】すなわち、第１の発明は、一般式（Ｍｇ
1-aＬｉa）1-yＮｉyで表される合金を主成分とすること
を特徴とする水素吸蔵合金である。
1-aＬｉa）1-yＮｉyで表される合金を主成分とすること
を特徴とする水素吸蔵合金である。
【００１２】第２の発明は、ａ、ｙの値はそれぞれ、０
＜ａ≦０．２、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。
＜ａ≦０．２、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。
【００１３】第３の発明は、第１または第２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。
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。
【００１４】第４の発明は、Ｍｇ、Ｎｉ、およびＬｉの
所定量をるつぼにとり、Ａｒ、Ｈｅのいずれかの１種以
上を主成分とする非酸化性雰囲気中で６５０〜９５０℃
まで昇温して溶解し、引き続き前記雰囲気中で鋳造し冷
却した後、粉砕することを特徴とする水素吸蔵合金の製
造方法である。
所定量をるつぼにとり、Ａｒ、Ｈｅのいずれかの１種以
上を主成分とする非酸化性雰囲気中で６５０〜９５０℃
まで昇温して溶解し、引き続き前記雰囲気中で鋳造し冷
却した後、粉砕することを特徴とする水素吸蔵合金の製
造方法である。
【００１５】第５の発明は、前記るつぼがマグネシアを
主成分とすることを特徴とする第４の発明に記載の水素
吸蔵合金の製造方法である。
主成分とすることを特徴とする第４の発明に記載の水素
吸蔵合金の製造方法である。
【００１６】ここで、一般式（Ｍｇ1-aＬｉa）1-yＮｉy
で表される合金について説明する。ＭｇとＮｉを原子比
で例えば２：１となるように調合し、溶解鋳造して得ら
れた合金の平均組成はＭｇ：Ｎｉ＝２：１すなわちＭｇ
2Ｎｉと表記できるが、通常、この合金内部にはＭｇ
相、Ｍｇ2Ｎｉ相およびＭｇＮｉ2相の３相が存在する。
で表される合金について説明する。ＭｇとＮｉを原子比
で例えば２：１となるように調合し、溶解鋳造して得ら
れた合金の平均組成はＭｇ：Ｎｉ＝２：１すなわちＭｇ
2Ｎｉと表記できるが、通常、この合金内部にはＭｇ
相、Ｍｇ2Ｎｉ相およびＭｇＮｉ2相の３相が存在する。
【００１７】本明細書にて表記するＭｇ2Ｎｉとは、こ
のＭｇ2Ｎｉ相の単独相のことではなく、前記３相の少
なくとも１つを含み、合金全体としての組成比において
Ｍｇ：Ｎｉが例えば２：１であるものを指す。これは
（Ｍｇ1-aＬｉa）1-yＮｉyと表記した場合も同様で、合
金全体の組成比においてＭｇ：Ｌｉ：Ｎｉが（１−ｙ）
×（１−ａ）：（１−ｙ）×ａ：ｙであるものを指す。
添加元素のＬｉは上記３相のどの相にどのような作用を
するのかは未だ明確ではないが、Ｘ線回折測定の結果に
よると、Ｌｉは主にＭｇ相に含有されていると考えられ
ることから、低温下におけるＭｇ相中の水素の拡散速度
を速めているのではないかと推察される。
のＭｇ2Ｎｉ相の単独相のことではなく、前記３相の少
なくとも１つを含み、合金全体としての組成比において
Ｍｇ：Ｎｉが例えば２：１であるものを指す。これは
（Ｍｇ1-aＬｉa）1-yＮｉyと表記した場合も同様で、合
金全体の組成比においてＭｇ：Ｌｉ：Ｎｉが（１−ｙ）
×（１−ａ）：（１−ｙ）×ａ：ｙであるものを指す。
添加元素のＬｉは上記３相のどの相にどのような作用を
するのかは未だ明確ではないが、Ｘ線回折測定の結果に
よると、Ｌｉは主にＭｇ相に含有されていると考えられ
ることから、低温下におけるＭｇ相中の水素の拡散速度
を速めているのではないかと推察される。
【００１８】次にａの範囲としては好ましくは０＜ａ≦
０．２、さらに好ましくは０．０１≦ａ≦０．１であ
る。これはａがこの範囲にあるとき低温（１５０℃）に
おける水素吸蔵量を最も高くできるからである。これに
加えて、ＭｇやＮｉに比較して原料コストの高いＬｉの
使用量を低減させる効果もある。ａが０．２を越えると
低温（１５０℃）における水素吸蔵量が低下する。また
原料コストの点からもコスト上昇の要因となる。
０．２、さらに好ましくは０．０１≦ａ≦０．１であ
る。これはａがこの範囲にあるとき低温（１５０℃）に
おける水素吸蔵量を最も高くできるからである。これに
加えて、ＭｇやＮｉに比較して原料コストの高いＬｉの
使用量を低減させる効果もある。ａが０．２を越えると
低温（１５０℃）における水素吸蔵量が低下する。また
原料コストの点からもコスト上昇の要因となる。
【００１９】またｙの範囲としては０．１５≦ｙ≦０．
４が好ましい。ｙが０．１５未満の場合、製造された鋳
塊に粘りがでて、粉砕性が著しく低下するために作業性
の点で好ましくない。反対に、０．４を越えると原料の
溶解に高温が必要となり、後述するように、るつぼから
の溶湯のしみ出しが多くなる他、原料であるＭｇ、Ｌｉ
において蒸発によって失われる量が多くなり、作業性お
よび製造コストの点で好ましくないからである。
４が好ましい。ｙが０．１５未満の場合、製造された鋳
塊に粘りがでて、粉砕性が著しく低下するために作業性
の点で好ましくない。反対に、０．４を越えると原料の
溶解に高温が必要となり、後述するように、るつぼから
の溶湯のしみ出しが多くなる他、原料であるＭｇ、Ｌｉ
において蒸発によって失われる量が多くなり、作業性お
よび製造コストの点で好ましくないからである。
【００２０】上記第１または第２の発明に記載の水素吸
蔵合金を用いることで、１５０℃以下の低温での水素吸
蔵量を高めることができた。従って、この水素吸蔵合金
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。
蔵合金を用いることで、１５０℃以下の低温での水素吸
蔵量を高めることができた。従って、この水素吸蔵合金
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。
【００２１】
【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。以下これらの図面を参照しながら実施の形態に
かかるＭｇ2Ｎｉ系水素吸蔵合金の製造方法を説明する
（尚、図１、２において対応する部分には同一の符号を
付して示した。）。
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。以下これらの図面を参照しながら実施の形態に
かかるＭｇ2Ｎｉ系水素吸蔵合金の製造方法を説明する
（尚、図１、２において対応する部分には同一の符号を
付して示した。）。
【００２２】図１、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、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、等で構成
されている。
【００２３】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４を有し、また、るつぼ２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５を有している。さら
に、非酸化性の不活性ガスフロー雰囲気を形成するため
に、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガスを導入できる不活性ガス
導入パイプ６及び気体排出パイプ７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６ａ，７ａがそれぞれ設けられている。
ための真空ポンプ４を有し、また、るつぼ２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５を有している。さら
に、非酸化性の不活性ガスフロー雰囲気を形成するため
に、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガスを導入できる不活性ガス
導入パイプ６及び気体排出パイプ７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６ａ，７ａがそれぞれ設けられている。
【００２４】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８が設けられている。ここで、るつぼ２の
材質としてはセラミックスの焼結体が好ましい、カーボ
ン系および金属系ではＬｉと反応する可能性があるから
である。またセラミックス焼結体の中でもＡｌ等の不純
物元素の溶湯への混入を避けるため、マグネシアるつぼ
を用いることがさらに好ましい。また、図２に示される
ように、るつぼ２は、支持腕１１に取りつけられてい
る。支持腕１１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１１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８が設けられている。ここで、るつぼ２の
材質としてはセラミックスの焼結体が好ましい、カーボ
ン系および金属系ではＬｉと反応する可能性があるから
である。またセラミックス焼結体の中でもＡｌ等の不純
物元素の溶湯への混入を避けるため、マグネシアるつぼ
を用いることがさらに好ましい。また、図２に示される
ように、るつぼ２は、支持腕１１に取りつけられてい
る。支持腕１１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１１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。
【００２５】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９によって密閉できる
ようになっている。この蓋体９は、支持棒９ａに取付ら
れ、この支持棒９ａ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９ａを上下操作するこ
とにより、蓋体９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９によって密閉できる
ようになっている。この蓋体９は、支持棒９ａに取付ら
れ、この支持棒９ａ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９ａを上下操作するこ
とにより、蓋体９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。
【００２６】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１０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１０上
に設置される。
【００２７】真空チャンバー１には、内部を観察しなが
ら、るつぼ２を操作できるように、観察窓１２が設けら
れている。
ら、るつぼ２を操作できるように、観察窓１２が設けら
れている。
【００２８】上述の真空溶解炉を用いて、水素吸蔵合金
を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、Ｌｉを所定の仕込み量
に合わせて装填する。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、等のいず
れでも良いが、各原料の酸化を避ける観点からはインゴ
ットの使用が好ましい。
を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、Ｌｉを所定の仕込み量
に合わせて装填する。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、等のいず
れでも良いが、各原料の酸化を避ける観点からはインゴ
ットの使用が好ましい。
【００２９】（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５
を閉め、真空チャンバー１内部を真空ポンプ４によって
真空度が３０Ｐａ以下になるまで真空排気する。次に、
コック６ａを開き、パイプ６を通じてＡｒ、Ｈｅ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７ａを開き、真空チャンバー１内を非酸化性の不活
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。
を閉め、真空チャンバー１内部を真空ポンプ４によって
真空度が３０Ｐａ以下になるまで真空排気する。次に、
コック６ａを開き、パイプ６を通じてＡｒ、Ｈｅ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７ａを開き、真空チャンバー１内を非酸化性の不活
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。
【００３０】（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８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、設定温度に到達したら保持時間は数分程度で
良い。原料の溶解温度は６５０〜９５０℃が好ましく、
さらに好ましいのは８５０〜９００℃である。６５０℃
より低いと原料を完全に溶解させることができず、一
方、９５０℃より高いと溶湯がるつぼからしみ出してし
まう。この現象はＭｇ2Ｎｉの溶湯では見られないこと
から、Ｌｉの添加により溶湯の粘性が低下するためでは
ないかと推察される。
ガスフロー雰囲気にしたら、誘導コイル８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、設定温度に到達したら保持時間は数分程度で
良い。原料の溶解温度は６５０〜９５０℃が好ましく、
さらに好ましいのは８５０〜９００℃である。６５０℃
より低いと原料を完全に溶解させることができず、一
方、９５０℃より高いと溶湯がるつぼからしみ出してし
まう。この現象はＭｇ2Ｎｉの溶湯では見られないこと
から、Ｌｉの添加により溶湯の粘性が低下するためでは
ないかと推察される。
【００３１】（４）鋳込み 上記所定の保持時間が過ぎたら、支持腕１１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不活性ガスフローを終了
し、扉５を開け、鋳型３内の合金を取り出す。
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不活性ガスフローを終了
し、扉５を開け、鋳型３内の合金を取り出す。
【００３２】上述の方法で得られた水素吸蔵合金の鋳塊
を、乳鉢等を用いて粒径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低温（室温〜１５０℃）にお
ける水素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、乳鉢等を用いて粒径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低温（室温〜１５０℃）にお
ける水素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。
【００３３】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の昇温速度で室温から１５０℃まで加熱
し、その間の試料セル５１内の温度と測定系（バルブ５
４、５６によって囲まれた配管内部も含む）の温度と圧
力の変化を測定した。
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の昇温速度で室温から１５０℃まで加熱
し、その間の試料セル５１内の温度と測定系（バルブ５
４、５６によって囲まれた配管内部も含む）の温度と圧
力の変化を測定した。
【００３４】試料が水素を吸蔵すると測定系の圧力は低
下するため、試料セルの５１の温度が室温から１５０℃
に至る間の測定系内の圧力変化を測定し、予め測定して
おいた測定系内の容積および試料セル内の試料の占めて
いない部分の容積とから、試料の水素吸蔵量を求めた。
下するため、試料セルの５１の温度が室温から１５０℃
に至る間の測定系内の圧力変化を測定し、予め測定して
おいた測定系内の容積および試料セル内の試料の占めて
いない部分の容積とから、試料の水素吸蔵量を求めた。
【００３５】その結果、上記試料において、室温から１
５０℃の範囲における水素吸蔵量は従来のＭｇ2Ｎｉ合
金と比較して、大幅に増加していることが確認された。
５０℃の範囲における水素吸蔵量は従来のＭｇ2Ｎｉ合
金と比較して、大幅に増加していることが確認された。
【００３６】以下、実施例に基づいて、本願発明を更に
詳細に説明する。 （実施例）純度３ＮのＭｇインゴット、純度３ＮのＮｉ
インゴット、および純度２ＮのＬｉインゴットを準備し
た。次に、鋳造後の合金の平均組成が、図４の表の試料
１〜４に示す組成となるように各原料インゴットを秤量
し、高周波加熱式ルツボ２内にそれぞれ装填した。
詳細に説明する。 （実施例）純度３ＮのＭｇインゴット、純度３ＮのＮｉ
インゴット、および純度２ＮのＬｉインゴットを準備し
た。次に、鋳造後の合金の平均組成が、図４の表の試料
１〜４に示す組成となるように各原料インゴットを秤量
し、高周波加熱式ルツボ２内にそれぞれ装填した。
【００３７】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の不活性ガスフロー
雰囲気としたら、前記の昇温速度で原料の加熱を開始す
る。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た。この鋳塊を
２５０μｍ迄粉砕して、Ｌｉ添加のＭｇ2Ｎｉ合金試料
（試料１〜４）とした。また、Ｌｉを添加せず、合金の
平均組成がＭｇ2Ｎｉである合金も同様に鋳造し比較例
とした。
ａ迄排気し、Ａｒガス２ｌ／ｍｉｎの不活性ガスフロー
雰囲気としたら、前記の昇温速度で原料の加熱を開始す
る。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た。この鋳塊を
２５０μｍ迄粉砕して、Ｌｉ添加のＭｇ2Ｎｉ合金試料
（試料１〜４）とした。また、Ｌｉを添加せず、合金の
平均組成がＭｇ2Ｎｉである合金も同様に鋳造し比較例
とした。
【００３８】この試料１〜４および比較例の１５０℃以
下の低温における水素吸蔵量を調べるため、１５０℃に
おける水素吸蔵量を測定したところ図４の表に示す結果
を得た。但し、水素吸蔵量は試料重量当たりの吸蔵した
水素量を（ｗｔ％）で記載した。さらに試料２および比
較例について、試料温度の変化に対する水素吸蔵量の変
化を図５に示した。ここで、図５の横軸は試料の温度
（℃）で、縦軸は前記表と同様の水素吸蔵量（ｗｔ％）
とした。
下の低温における水素吸蔵量を調べるため、１５０℃に
おける水素吸蔵量を測定したところ図４の表に示す結果
を得た。但し、水素吸蔵量は試料重量当たりの吸蔵した
水素量を（ｗｔ％）で記載した。さらに試料２および比
較例について、試料温度の変化に対する水素吸蔵量の変
化を図５に示した。ここで、図５の横軸は試料の温度
（℃）で、縦軸は前記表と同様の水素吸蔵量（ｗｔ％）
とした。
【００３９】以上の結果より、本発明に係る水素吸蔵合
金の１５０℃以下の低温における水素吸蔵量は、従来組
成の比較例に較べはるかに高いことが確認された。
金の１５０℃以下の低温における水素吸蔵量は、従来組
成の比較例に較べはるかに高いことが確認された。
【００４０】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明は、一般
式（Ｍｇ1-aＬｉa）1-yＮｉyで表される合金を主成分と
することを特徴とする水素吸蔵合金であり、この合金は
従来のＭｇ2Ｎｉ系合金と較べて１５０℃以下の低温に
おける水素吸蔵量が高く、水素吸蔵の際に必要な温度を
下げることが可能で、工業的には低コストで大量生産可
能なものである。そして、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。
式（Ｍｇ1-aＬｉa）1-yＮｉyで表される合金を主成分と
することを特徴とする水素吸蔵合金であり、この合金は
従来のＭｇ2Ｎｉ系合金と較べて１５０℃以下の低温に
おける水素吸蔵量が高く、水素吸蔵の際に必要な温度を
下げることが可能で、工業的には低コストで大量生産可
能なものである。そして、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試料１〜４およ
び比較例の合金全体の平均組成および１５０℃における
水素吸蔵量の表を示す図である。
び比較例の合金全体の平均組成および１５０℃における
水素吸蔵量の表を示す図である。
【図５】本発明における水素吸蔵合金の試料２および比
較例が有する水素吸蔵特性測定結果のグラフを示す図で
ある。
較例が有する水素吸蔵特性測定結果のグラフを示す図で
ある。
１ 真空チャンバー ２ るつぼ ３ 鋳型 ４ 真空ポンプ ８ 誘導コイル ５１ 試料セル ５２ ヒーター ５３ 水素ボンベ ５７ 真空ポンプ ５８ 圧力ゲージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G040 AA01 AA44 AA46 4G140 AA01 AA44 AA46 5H050 AA01 AA19 BA14 CB18 GA27 HA02 HA14
Claims (5)
- 【請求項1】 一般式（Ｍｇ1-aＬｉa）1-yＮｉyで表さ
れる合金を主成分とすることを特徴とする水素吸蔵合
金。 - 【請求項２】 ａ、ｙの値はそれぞれ、０＜ａ≦０．
２、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】 請求項１または２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。 - 【請求項４】 Ｍｇ、Ｎｉ、およびＬｉの所定量をるつ
ぼにとり、Ａｒ、Ｈｅのいずれかの１種以上を主成分と
する非酸化性雰囲気中で６５０〜９５０℃まで昇温して
溶解し、引き続き前記雰囲気中で鋳造し冷却した後、粉
砕することを特徴とする水素吸蔵合金の製造方法。 - 【請求項５】 前記るつぼがマグネシアを主成分とする
ことを特徴とする請求項４に記載の水素吸蔵合金の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000339156A JP4474559B2 (ja) | 2000-11-07 | 2000-11-07 | 水素吸蔵合金粉末およびその製造方法並びに水素の吸蔵・放出システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000339156A JP4474559B2 (ja) | 2000-11-07 | 2000-11-07 | 水素吸蔵合金粉末およびその製造方法並びに水素の吸蔵・放出システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002146464A true JP2002146464A (ja) | 2002-05-22 |
| JP4474559B2 JP4474559B2 (ja) | 2010-06-09 |
Family
ID=18814265
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000339156A Expired - Fee Related JP4474559B2 (ja) | 2000-11-07 | 2000-11-07 | 水素吸蔵合金粉末およびその製造方法並びに水素の吸蔵・放出システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4474559B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114645168A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-06-21 | 上海交通大学 | 一种储氢镁合金及其制备方法 |
-
2000
- 2000-11-07 JP JP2000339156A patent/JP4474559B2/ja not_active Expired - Fee Related
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