JP2002180229A - 水素吸蔵合金複合体、その製造方法及びそれを用いた電極 - Google Patents
水素吸蔵合金複合体、その製造方法及びそれを用いた電極Info
- Publication number
- JP2002180229A JP2002180229A JP2000373302A JP2000373302A JP2002180229A JP 2002180229 A JP2002180229 A JP 2002180229A JP 2000373302 A JP2000373302 A JP 2000373302A JP 2000373302 A JP2000373302 A JP 2000373302A JP 2002180229 A JP2002180229 A JP 2002180229A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen storage
- storage alloy
- heat
- alloy composite
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 導電性基板と水素吸蔵合金との間の密着性が
よく、しかも水素吸蔵能力の高い、燃料電池用電極とし
て長期間にわたって使用可能な水素吸蔵合金複合体を提
供する。 【解決手段】 耐熱材料基板と、その表面に形成された
水素吸蔵合金溶射層からなる水素吸蔵合金複合体であっ
て、耐熱材料基板の表面に、溶融水素吸蔵合金の液状微
粒子を高速度に加速して衝突させて、スプラットの積層
構造からなる溶射層を形成させ、次いで所望に応じこの
溶射層をフッ化処理することにより製造する。
よく、しかも水素吸蔵能力の高い、燃料電池用電極とし
て長期間にわたって使用可能な水素吸蔵合金複合体を提
供する。 【解決手段】 耐熱材料基板と、その表面に形成された
水素吸蔵合金溶射層からなる水素吸蔵合金複合体であっ
て、耐熱材料基板の表面に、溶融水素吸蔵合金の液状微
粒子を高速度に加速して衝突させて、スプラットの積層
構造からなる溶射層を形成させ、次いで所望に応じこの
溶射層をフッ化処理することにより製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素吸蔵合金を材
料として用いる構造体、例えば二次電池用の電極として
有用な水素吸蔵合金複合体、その製造方法及びそれを用
いた電極に関するものである。
料として用いる構造体、例えば二次電池用の電極として
有用な水素吸蔵合金複合体、その製造方法及びそれを用
いた電極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、金属系新素材の１つとして水素吸
蔵合金の利用に関する研究が盛んになってきている。こ
の水素吸蔵合金は、圧力を加えたり、温度を低くしたり
すると水素を吸蔵して金属水素化合物となり、発熱し、
逆に圧力を下げたり、温度を高くしたりすると、吸蔵し
ていた水素を再び放出して熱を奪うという性質を有して
いる。したがって、このような性質を利用して、水素そ
のものや熱エネルギーの貯蔵、あるいは化学エネルギー
と熱エネルギーの変換などに利用することが可能であ
り、例えば水素貯蔵装置や排熱利用のヒートポンプ、ケ
ミカルエンジン、さらにはニッケル‐水素二次電池の電
極材料などに利用することが試みられている。
蔵合金の利用に関する研究が盛んになってきている。こ
の水素吸蔵合金は、圧力を加えたり、温度を低くしたり
すると水素を吸蔵して金属水素化合物となり、発熱し、
逆に圧力を下げたり、温度を高くしたりすると、吸蔵し
ていた水素を再び放出して熱を奪うという性質を有して
いる。したがって、このような性質を利用して、水素そ
のものや熱エネルギーの貯蔵、あるいは化学エネルギー
と熱エネルギーの変換などに利用することが可能であ
り、例えば水素貯蔵装置や排熱利用のヒートポンプ、ケ
ミカルエンジン、さらにはニッケル‐水素二次電池の電
極材料などに利用することが試みられている。
【０００３】特に、最近、ニッケル‐水素二次電池の電
極材料として水素吸蔵合金が注目されるようになってき
た。これまで、繰り返し充電して使用することのできる
二次電池として、ニッケル‐カドミウム電池（ニッカド
電池）が主流であったが、ニッケル‐水素二次電池は、
これに比べてエネルギー容量が１．５〜２倍と大きいた
め、１回の充電で長時間使用しうる上、環境汚染のある
カドミウムを用いないなどの長所を有することから、従
来のニッカド電池からニッケル‐水素二次電池への切り
替えが進められている。このようなニッケル‐水素二次
電池を、ブック型パソコンなどの携帯型のＯＡ機器や、
音響・映像（ＡＶ）機器の電源に採用すれば、小型軽量
化に役立ち、使用時間の延長も可能になる。このニッケ
ル‐水素二次電池においては、正極にはニッカド電池と
同じくニッケルが用いられるが、負極には水素吸蔵合金
が用いられる。
極材料として水素吸蔵合金が注目されるようになってき
た。これまで、繰り返し充電して使用することのできる
二次電池として、ニッケル‐カドミウム電池（ニッカド
電池）が主流であったが、ニッケル‐水素二次電池は、
これに比べてエネルギー容量が１．５〜２倍と大きいた
め、１回の充電で長時間使用しうる上、環境汚染のある
カドミウムを用いないなどの長所を有することから、従
来のニッカド電池からニッケル‐水素二次電池への切り
替えが進められている。このようなニッケル‐水素二次
電池を、ブック型パソコンなどの携帯型のＯＡ機器や、
音響・映像（ＡＶ）機器の電源に採用すれば、小型軽量
化に役立ち、使用時間の延長も可能になる。このニッケ
ル‐水素二次電池においては、正極にはニッカド電池と
同じくニッケルが用いられるが、負極には水素吸蔵合金
が用いられる。
【０００４】ところで、この水素吸蔵合金は、水素の吸
放出特性を高めるために、粉末化したのち、粒状体や板
状体に成形して用いたり、機械的強度を高めるために金
属や合金と複合化することが行われている。そして、こ
れまで、電極材料として用いる複合体を製造する場合
は、一般に導電性基板の表面に水素吸蔵合金の層をバイ
ンダーを介して圧着しているが、このようにして得られ
る複合体は、基板と水素吸蔵合金との間の接合性が不十
分であって、満足できる電導効率や熱伝導効率を得るこ
とが困難な上に、繰り返し使用している間に界面に剥離
を生じるという欠点がある。
放出特性を高めるために、粉末化したのち、粒状体や板
状体に成形して用いたり、機械的強度を高めるために金
属や合金と複合化することが行われている。そして、こ
れまで、電極材料として用いる複合体を製造する場合
は、一般に導電性基板の表面に水素吸蔵合金の層をバイ
ンダーを介して圧着しているが、このようにして得られ
る複合体は、基板と水素吸蔵合金との間の接合性が不十
分であって、満足できる電導効率や熱伝導効率を得るこ
とが困難な上に、繰り返し使用している間に界面に剥離
を生じるという欠点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の複合体のもつ欠点を克服し、導電性基板と水素吸
蔵合金との間の密着性がよく、しかも水素吸蔵能力の高
い、二次電池用電極として長期間にわたって使用可能な
水素吸蔵合金複合体を提供することを目的としてなされ
たものである。
従来の複合体のもつ欠点を克服し、導電性基板と水素吸
蔵合金との間の密着性がよく、しかも水素吸蔵能力の高
い、二次電池用電極として長期間にわたって使用可能な
水素吸蔵合金複合体を提供することを目的としてなされ
たものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、基板と水
素吸蔵合金との複合体の製造について鋭意研究を重ねた
結果、溶射法を用いて耐熱性基板表面に水素吸蔵合金を
形成させることにより、基板と水素吸蔵合金とを密着性
よく接合することができ、しかも水素吸蔵能力を著しく
高めうることを見出し、この知見に基づいて本発明をな
すに至った。
素吸蔵合金との複合体の製造について鋭意研究を重ねた
結果、溶射法を用いて耐熱性基板表面に水素吸蔵合金を
形成させることにより、基板と水素吸蔵合金とを密着性
よく接合することができ、しかも水素吸蔵能力を著しく
高めうることを見出し、この知見に基づいて本発明をな
すに至った。
【０００７】すなわち、本発明は、耐熱材料基板と、そ
の表面に形成された水素吸蔵合金溶射層からなる水素吸
蔵合金複合体、及び耐熱材料基板の表面に、溶融水素吸
蔵合金の液状微粒子を高速度に加速して衝突させて、ス
プラットの積層構造からなる溶射層を形成させ、次いで
所望に応じこの溶射層をフッ化処理することを特徴とす
る水素吸蔵合金複合体の製造方法を提供するものであ
る。
の表面に形成された水素吸蔵合金溶射層からなる水素吸
蔵合金複合体、及び耐熱材料基板の表面に、溶融水素吸
蔵合金の液状微粒子を高速度に加速して衝突させて、ス
プラットの積層構造からなる溶射層を形成させ、次いで
所望に応じこの溶射層をフッ化処理することを特徴とす
る水素吸蔵合金複合体の製造方法を提供するものであ
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明において基板として用いる
耐熱材料は、溶射の際に損傷しない程度の耐熱性をも
ち、かつ導電性を示す材料であればよく、特に制限はな
い。このようなものとしては、鉄、ニッケル、クロム、
アルミニウム、チタン、ジルコニウム、金、白金などの
金属、これら同士又はこれらと他の元素との合金やＩｎ
2Ｏ3−ＳｎＯ2、ＬａＣｒＯ3、ＬｉＮｉＯ3、ＬａＣｏ
Ｏ3、ＴｉＯ2、ケイ素半導体などのセラミックスやグラ
ファイトのような炭素材料を挙げることができる。
耐熱材料は、溶射の際に損傷しない程度の耐熱性をも
ち、かつ導電性を示す材料であればよく、特に制限はな
い。このようなものとしては、鉄、ニッケル、クロム、
アルミニウム、チタン、ジルコニウム、金、白金などの
金属、これら同士又はこれらと他の元素との合金やＩｎ
2Ｏ3−ＳｎＯ2、ＬａＣｒＯ3、ＬｉＮｉＯ3、ＬａＣｏ
Ｏ3、ＴｉＯ2、ケイ素半導体などのセラミックスやグラ
ファイトのような炭素材料を挙げることができる。
【０００９】次に、本発明において溶射層の形成に用い
られる水素吸蔵合金は、水素を可逆的に吸蔵、放出し得
るものであれば特に制限はなく、例えばＭｇ2Ｎｉ合
金、Ｍｇ2ＮｉとＭｇとの共晶合金のような、Ｍｇ2Ｎｉ
系合金、ＺｒＮｉ2系合金、ＴｉＮｉ2系合金などのラベ
ス相系ＡＢ2型合金、ＴｉＦｅ系合金のようなＡＢ型合
金、ＬａＮｉ5系合金のようなＡＢ5型合金、ＴｉＶ2系
合金のようなＢＣＣ型合金の中から任意に選ぶことがで
きる。
られる水素吸蔵合金は、水素を可逆的に吸蔵、放出し得
るものであれば特に制限はなく、例えばＭｇ2Ｎｉ合
金、Ｍｇ2ＮｉとＭｇとの共晶合金のような、Ｍｇ2Ｎｉ
系合金、ＺｒＮｉ2系合金、ＴｉＮｉ2系合金などのラベ
ス相系ＡＢ2型合金、ＴｉＦｅ系合金のようなＡＢ型合
金、ＬａＮｉ5系合金のようなＡＢ5型合金、ＴｉＶ2系
合金のようなＢＣＣ型合金の中から任意に選ぶことがで
きる。
【００１０】この中で好ましいのは、ＬａＮｉ4.7Ａｌ
0.3合金、ＭｍＮｉ0.35Ｍｎ0.4Ａｌ0 .3Ｃｏ0.75合金
（ただしＭｍはミッシュメタル）、ＭｍＮｉ3.75Ｃｏ
0.75Ｍｎ0. 20Ａｌ0.30合金（ただしＭｍはミッシュメタ
ル）、Ｔｉ0.5Ｚｒ0.5Ｍｎ0.8Ｃｒ0 .8Ｎｉ0.4、Ｔｉ0.5
Ｚｒ0.5Ｍｎ0.5Ｃｒ0.5Ｎｉ、Ｔｉ0.5Ｚｒ0.5Ｖ0.75Ｎ
ｉ1.2 5、Ｔｉ0.5Ｚｒ0.5Ｖ0.5Ｎｉ1.5、Ｔｉ0.1Ｚｒ0.9
Ｖ0.2Ｍｎ0.6Ｃｏ0.1Ｎｉ1.1、ＭｍＮｉ3.87Ｃｏ0.78Ｍ
ｎ0.10Ａｌ0.38（ただしＭｍはミッシュメタル）などで
ある。
0.3合金、ＭｍＮｉ0.35Ｍｎ0.4Ａｌ0 .3Ｃｏ0.75合金
（ただしＭｍはミッシュメタル）、ＭｍＮｉ3.75Ｃｏ
0.75Ｍｎ0. 20Ａｌ0.30合金（ただしＭｍはミッシュメタ
ル）、Ｔｉ0.5Ｚｒ0.5Ｍｎ0.8Ｃｒ0 .8Ｎｉ0.4、Ｔｉ0.5
Ｚｒ0.5Ｍｎ0.5Ｃｒ0.5Ｎｉ、Ｔｉ0.5Ｚｒ0.5Ｖ0.75Ｎ
ｉ1.2 5、Ｔｉ0.5Ｚｒ0.5Ｖ0.5Ｎｉ1.5、Ｔｉ0.1Ｚｒ0.9
Ｖ0.2Ｍｎ0.6Ｃｏ0.1Ｎｉ1.1、ＭｍＮｉ3.87Ｃｏ0.78Ｍ
ｎ0.10Ａｌ0.38（ただしＭｍはミッシュメタル）などで
ある。
【００１１】これらの水素吸蔵合金の溶射層を基板表面
に形成するには、これらの水素吸蔵合金の金属成分を粉
末状の原料として用いることが必要である。この原料粉
末は、例えば鋳造したインゴッド又は必要によりこれを
アニーリングしたものを粉砕して微粉化する方法やメカ
ニカル的に微粉化する方法により調製されるが、特に合
金化特性が優れていることから溶融後急冷凝固させるガ
スアトマイジング法により微粉化したものが好ましい。
に形成するには、これらの水素吸蔵合金の金属成分を粉
末状の原料として用いることが必要である。この原料粉
末は、例えば鋳造したインゴッド又は必要によりこれを
アニーリングしたものを粉砕して微粉化する方法やメカ
ニカル的に微粉化する方法により調製されるが、特に合
金化特性が優れていることから溶融後急冷凝固させるガ
スアトマイジング法により微粉化したものが好ましい。
【００１２】本発明においては、これらの微粉化した数
種の金属粉末を所望の水素吸蔵合金の組成に応じた割合
で基材上に溶射し、複合化することにより、水素吸蔵合
金溶射層を形成させることができる。この際、原料金属
粉末及びその使用割合を適宜調整することにより電導率
や熱伝導率の異なる複合体を得ることができるし、また
溶射による過程で、特定の条件を設定することにより、
同時にアモルファス化した合金繊維とすることができ
る。
種の金属粉末を所望の水素吸蔵合金の組成に応じた割合
で基材上に溶射し、複合化することにより、水素吸蔵合
金溶射層を形成させることができる。この際、原料金属
粉末及びその使用割合を適宜調整することにより電導率
や熱伝導率の異なる複合体を得ることができるし、また
溶射による過程で、特定の条件を設定することにより、
同時にアモルファス化した合金繊維とすることができ
る。
【００１３】本発明の水素吸蔵合金溶射層の形成に際
し、溶融水素吸蔵合金の液状微粒子（粒径２０〜１５０
μｍ）を高速度（３０〜５００ｍ／秒）で加速して衝突
させ、スプラットの積層構造を得るには、一般に常用さ
れる溶射法、例えばフレーム溶射法、高速ガス炎溶射
法、爆発溶射法、大気中プラズマ溶射法、減圧プラズマ
溶射法、アーク溶射法、レーザ溶射法などを用いること
ができるが、特に真空プラズマ噴射（ＶＰＳ）溶射法を
用いるのが有利である。この真空プラズマ噴射溶射法
は、内部の空気をいったんパージしたあと、減圧下で不
活性ガスを封入して雰囲気調整したチャンバー内で行う
プラズマ溶射法であり、材料特性の劣化がなく、活性金
属の成膜が可能で、ち密で高い結合力をもつ皮膜が得ら
れるという長所がある。この際の粒子速度は２００〜５
００ｍ／秒、粒子温度は２３００〜２７００℃（プラズ
マ温度５３００〜５７００℃）である。このようにし
て、図１に示すように、多数の微粒子２，…が積層して
多孔質構造となった溶射層３が基板１上に形成される。
し、溶融水素吸蔵合金の液状微粒子（粒径２０〜１５０
μｍ）を高速度（３０〜５００ｍ／秒）で加速して衝突
させ、スプラットの積層構造を得るには、一般に常用さ
れる溶射法、例えばフレーム溶射法、高速ガス炎溶射
法、爆発溶射法、大気中プラズマ溶射法、減圧プラズマ
溶射法、アーク溶射法、レーザ溶射法などを用いること
ができるが、特に真空プラズマ噴射（ＶＰＳ）溶射法を
用いるのが有利である。この真空プラズマ噴射溶射法
は、内部の空気をいったんパージしたあと、減圧下で不
活性ガスを封入して雰囲気調整したチャンバー内で行う
プラズマ溶射法であり、材料特性の劣化がなく、活性金
属の成膜が可能で、ち密で高い結合力をもつ皮膜が得ら
れるという長所がある。この際の粒子速度は２００〜５
００ｍ／秒、粒子温度は２３００〜２７００℃（プラズ
マ温度５３００〜５７００℃）である。このようにし
て、図１に示すように、多数の微粒子２，…が積層して
多孔質構造となった溶射層３が基板１上に形成される。
【００１４】本発明における溶射層の厚さとしては、電
極材料として用いる場合は５０〜３００μｍの範囲が好
ましい。これよりも薄いと電池の電極材料として用いた
場合、十分に機能を発揮することができないし、また、
これより厚くしても、その機能の向上は認められないの
で、溶射時間が長くなり、コスト的にも不利になるだけ
である。一方、水素吸蔵容器材料として用いる場合は、
使用目的に応じ最大２ｍｍまで厚くすることができる。
極材料として用いる場合は５０〜３００μｍの範囲が好
ましい。これよりも薄いと電池の電極材料として用いた
場合、十分に機能を発揮することができないし、また、
これより厚くしても、その機能の向上は認められないの
で、溶射時間が長くなり、コスト的にも不利になるだけ
である。一方、水素吸蔵容器材料として用いる場合は、
使用目的に応じ最大２ｍｍまで厚くすることができる。
【００１５】次に、本発明における水素吸蔵合金溶射層
は、その表面をフッ化処理することにより、その性能を
著しく高めることができる。すなわち、このようなフッ
化処理を行うことにより、接触する負極液に対する耐腐
食性が付与され、かつ長期間にわたって高い発電容量を
維持しうる。
は、その表面をフッ化処理することにより、その性能を
著しく高めることができる。すなわち、このようなフッ
化処理を行うことにより、接触する負極液に対する耐腐
食性が付与され、かつ長期間にわたって高い発電容量を
維持しうる。
【００１６】このフッ化処理は、例えば水素吸蔵合金又
はその水素化物をフッ化剤含有水溶液中に浸せきし、そ
の表面をフッ素化することによって行われる。このフッ
化剤含有水溶液としては、通常、フッ素イオンとアルカ
リイオンを含む水溶液が用いられ、これは、例えばフッ
化アリカリを０．２〜２０質量％程度の濃度で含有する
水溶液に、フッ化水素を加えて、ｐＨを２．０〜６．５
程度、好ましくは４．０〜６．０の範囲に調整すること
により調製することができる。この際用いるフッ化アリ
カリとしては、特に制限はなく、フッ化ナトリウム、フ
ッ化カリウム、フッ化アンモニウムなどの、水に対して
易溶性のものが好ましく、特にフッ化カリウムが好適で
ある。これらのフッ化アルカリは単独で用いてもよい
し、２種以上組み合わせて用いてもよい。
はその水素化物をフッ化剤含有水溶液中に浸せきし、そ
の表面をフッ素化することによって行われる。このフッ
化剤含有水溶液としては、通常、フッ素イオンとアルカ
リイオンを含む水溶液が用いられ、これは、例えばフッ
化アリカリを０．２〜２０質量％程度の濃度で含有する
水溶液に、フッ化水素を加えて、ｐＨを２．０〜６．５
程度、好ましくは４．０〜６．０の範囲に調整すること
により調製することができる。この際用いるフッ化アリ
カリとしては、特に制限はなく、フッ化ナトリウム、フ
ッ化カリウム、フッ化アンモニウムなどの、水に対して
易溶性のものが好ましく、特にフッ化カリウムが好適で
ある。これらのフッ化アルカリは単独で用いてもよい
し、２種以上組み合わせて用いてもよい。
【００１７】フッ化剤含有水溶液のフッ化アルカリの好
ましい濃度は、フッ化ナトリウムの場合０．３〜３質量
％、フッ化カリウムの場合０．５〜５質量％、フッ化ア
ンモニウムの場合０．５〜８質量％の範囲である。フッ
化アルカリの濃度が上記範囲よりも低いとフッ化処理表
面の形成に長時間を要し、実用的でないし、上記範囲よ
り高いと十分な厚さのフッ化処理表面が形成されにくい
ため、安定化効果が不十分となる。
ましい濃度は、フッ化ナトリウムの場合０．３〜３質量
％、フッ化カリウムの場合０．５〜５質量％、フッ化ア
ンモニウムの場合０．５〜８質量％の範囲である。フッ
化アルカリの濃度が上記範囲よりも低いとフッ化処理表
面の形成に長時間を要し、実用的でないし、上記範囲よ
り高いと十分な厚さのフッ化処理表面が形成されにくい
ため、安定化効果が不十分となる。
【００１８】上記ｐＨ範囲に調整するのに必要なフッ化
水素の量は、通常、フッ化アルカリ１モルに対し、フッ
化ナトリウムの場合１〜３モル、フッ化カリウムの場合
０．２〜３モル、フッ化アンモニウムの場合０．２〜１
モルの範囲である。
水素の量は、通常、フッ化アルカリ１モルに対し、フッ
化ナトリウムの場合１〜３モル、フッ化カリウムの場合
０．２〜３モル、フッ化アンモニウムの場合０．２〜１
モルの範囲である。
【００１９】フッ化剤含有水溶液を用いて、水素吸蔵合
金又はその水素化物にフッ化処理表面を形成させるに
は、このフッ化剤含有水溶液中にこれを浸せきし、通
常、常圧下で０〜８０℃程度、好ましくは３０〜６０℃
の範囲の温度において、その表面に十分な厚さ、すなわ
ち０．０１〜１μｍ程度のフッ化処理表面が形成される
まで保持する。これに要する時間は１〜６０分間程度で
ある。
金又はその水素化物にフッ化処理表面を形成させるに
は、このフッ化剤含有水溶液中にこれを浸せきし、通
常、常圧下で０〜８０℃程度、好ましくは３０〜６０℃
の範囲の温度において、その表面に十分な厚さ、すなわ
ち０．０１〜１μｍ程度のフッ化処理表面が形成される
まで保持する。これに要する時間は１〜６０分間程度で
ある。
【００２０】本発明の水素吸蔵合金複合体は、その使用
目的に応じて、種々の形状、例えばシート状、管状、円
筒状、方体状、球状、波形状、渦巻状などに形成するこ
とができる。
目的に応じて、種々の形状、例えばシート状、管状、円
筒状、方体状、球状、波形状、渦巻状などに形成するこ
とができる。
【００２１】本発明の水素吸蔵合金複合体は、電気自動
車用二次電池の電極材料として好適である。この電気自
動車用二次電池は、例えばニッケル電極を正極、水素吸
蔵合金複合体電極を負極とし、アルカリ水溶液、例えば
水酸化カリウム水溶液を電解液として用いる電池であ
り、鉛電池と同等ないしはそれ以上の体積エネルギー密
度を有している。
車用二次電池の電極材料として好適である。この電気自
動車用二次電池は、例えばニッケル電極を正極、水素吸
蔵合金複合体電極を負極とし、アルカリ水溶液、例えば
水酸化カリウム水溶液を電解液として用いる電池であ
り、鉛電池と同等ないしはそれ以上の体積エネルギー密
度を有している。
【００２２】この電池反応は、次に示すように、正極と
負極との間の水素イオンをキャッチボールするだけの単
純な反応であるため、鉛電池のように溶解析出を伴う反
応に比べて長期間にわたって安定した性能を維持するこ
とができる。 Ｎｉ（ＯＨ）2 ＋ Ｈ ←→ ＮｉＯＯＨ ＋ ＭＨ （ただしＭは水素吸蔵合金） 電気自動車用二次電池については、使用するごとに常に
一定した走行性能が要求されるが、前記の電池はその要
求を満足するもので、かつ環境汚染を伴わないクリーン
な電池ということができる。
負極との間の水素イオンをキャッチボールするだけの単
純な反応であるため、鉛電池のように溶解析出を伴う反
応に比べて長期間にわたって安定した性能を維持するこ
とができる。 Ｎｉ（ＯＨ）2 ＋ Ｈ ←→ ＮｉＯＯＨ ＋ ＭＨ （ただしＭは水素吸蔵合金） 電気自動車用二次電池については、使用するごとに常に
一定した走行性能が要求されるが、前記の電池はその要
求を満足するもので、かつ環境汚染を伴わないクリーン
な電池ということができる。
【００２３】本発明の水素吸蔵合金複合体は、また水素
貯蔵容器材料としても好適である。水素貯蔵容器につい
ては、容器と合金の熱容量、熱伝導を勘案して、最近は
軽量、コンパウンドタイプのものが要求され、アルミニ
ウム材料を用い、プレートフィンを伝熱性向上と構造強
化のために備えた形式、いわゆるコルゲート形式のもの
が提案されている。しかし、これまでのものは、容器基
材と水素吸蔵合金との密着性が不十分で検討の余地があ
ったが、本発明の水素吸蔵合金複合体を用いることによ
り、容量的にも耐久性の面からも著しく改善することが
できた。
貯蔵容器材料としても好適である。水素貯蔵容器につい
ては、容器と合金の熱容量、熱伝導を勘案して、最近は
軽量、コンパウンドタイプのものが要求され、アルミニ
ウム材料を用い、プレートフィンを伝熱性向上と構造強
化のために備えた形式、いわゆるコルゲート形式のもの
が提案されている。しかし、これまでのものは、容器基
材と水素吸蔵合金との密着性が不十分で検討の余地があ
ったが、本発明の水素吸蔵合金複合体を用いることによ
り、容量的にも耐久性の面からも著しく改善することが
できた。
【００２４】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。
明する。
【００２５】実施例１ 真空チャンバ（直径１．７ｍ、長さ２．６ｍ）を有する
真空プラズマ噴射溶射装置（スルザーメテコ社製、装置
モデルＶＰＳ Ｓｙｓｔｅｍ）を用い、プラズマジェッ
ト温度５０００〜６０００℃、粒子温度２５００〜３５
００℃、２００〜４００ｍ／ｓ、アルゴンガス雰囲気の
条件下でニッケル基板（５０×５０×２ｍｍ）に、Ｚｒ
とＮｉとＭｎとの混合物（モル比１：１．４：０．６）
を溶射し、ＺｒxＮｉyＭｎzからなる厚さ１００μｍの
溶射層を形成させた。このようにして得た複合体を、次
にＨＦによりｐＨ５に調整した１質量％ＫＦ水溶液中に
ｐＨ７．２になるまで浸せきし、フッ化処理した。この
ようにして水素吸蔵合金複合体を製造した。
真空プラズマ噴射溶射装置（スルザーメテコ社製、装置
モデルＶＰＳ Ｓｙｓｔｅｍ）を用い、プラズマジェッ
ト温度５０００〜６０００℃、粒子温度２５００〜３５
００℃、２００〜４００ｍ／ｓ、アルゴンガス雰囲気の
条件下でニッケル基板（５０×５０×２ｍｍ）に、Ｚｒ
とＮｉとＭｎとの混合物（モル比１：１．４：０．６）
を溶射し、ＺｒxＮｉyＭｎzからなる厚さ１００μｍの
溶射層を形成させた。このようにして得た複合体を、次
にＨＦによりｐＨ５に調整した１質量％ＫＦ水溶液中に
ｐＨ７．２になるまで浸せきし、フッ化処理した。この
ようにして水素吸蔵合金複合体を製造した。
【００２６】実施例２ 実施例１で得た水素吸蔵合金複合体を負極、ニッケル電
極を正極とし、電解液として６ｍｏｌ／ｍ3−ＫＯＨ水
溶液を用いて二次電池を作製した。この電池に６．５時
間、６８ｍＡ／ｇの電流を通したのち、１０分間停止
し、６ｍｏｌ／ｍ3−ＫＯＨ中、Ｈｇ／ＨｇＯの水銀電
極に対し０．６Ｖで６８ｍＡ／ｇ放電するサイクルを繰
り返し、放電容量を測定した。この結果をサイクル数に
対する放電容量の変化を示すグラフとして図２に実線で
示す。図２中の破線はフッ化処理を施さない水素吸蔵合
金複合体を用いた場合、一点破線は同じ合金の粉末から
ペースト法で作製した電極を用いた場合の結果である。
この図から明らかなように、ペースト法で作製した電極
に対して、本発明の水素吸蔵合金複合体を電極とした場
合は、２０％程度高い放電容量を示し、サイクルの増加
に基づく放電容量の低下が少なく、安定している。
極を正極とし、電解液として６ｍｏｌ／ｍ3−ＫＯＨ水
溶液を用いて二次電池を作製した。この電池に６．５時
間、６８ｍＡ／ｇの電流を通したのち、１０分間停止
し、６ｍｏｌ／ｍ3−ＫＯＨ中、Ｈｇ／ＨｇＯの水銀電
極に対し０．６Ｖで６８ｍＡ／ｇ放電するサイクルを繰
り返し、放電容量を測定した。この結果をサイクル数に
対する放電容量の変化を示すグラフとして図２に実線で
示す。図２中の破線はフッ化処理を施さない水素吸蔵合
金複合体を用いた場合、一点破線は同じ合金の粉末から
ペースト法で作製した電極を用いた場合の結果である。
この図から明らかなように、ペースト法で作製した電極
に対して、本発明の水素吸蔵合金複合体を電極とした場
合は、２０％程度高い放電容量を示し、サイクルの増加
に基づく放電容量の低下が少なく、安定している。
【００２７】実施例３ フィンピッチ３．６ｍｍ、フィン高さ８．９ｍｍのコル
ゲートフィンをもつ小型軽量水素貯蔵タンク（縦６００
ｍｍ、横３００ｍｍ、高さ６０ｍｍ）の内面に、実施例
１と同様にしてＺｒとＮｉとＶの粉末を溶射して、厚さ
１ｍｍの水素吸蔵合金の溶射層を形成させた。次いで、
この溶射層を実施例１と同様にしてフッ化処理した。こ
のようにして得た水素貯蔵タンクの熱伝導率は１７．４
Ｗ／ｍ・Ｋであった。なお、比較のために平均粒径５０
メッシュの合金粉体を用いて作製した水素吸蔵タンクの
熱伝導率は、常圧下で０．５８Ｗ／ｍ・Ｋ、加圧下で
１．１Ｗ／ｍ・Ｋであり、さらに伝熱改良材を充てんし
た場合でも５．８〜９．３Ｗ／ｍ・Ｋであった。
ゲートフィンをもつ小型軽量水素貯蔵タンク（縦６００
ｍｍ、横３００ｍｍ、高さ６０ｍｍ）の内面に、実施例
１と同様にしてＺｒとＮｉとＶの粉末を溶射して、厚さ
１ｍｍの水素吸蔵合金の溶射層を形成させた。次いで、
この溶射層を実施例１と同様にしてフッ化処理した。こ
のようにして得た水素貯蔵タンクの熱伝導率は１７．４
Ｗ／ｍ・Ｋであった。なお、比較のために平均粒径５０
メッシュの合金粉体を用いて作製した水素吸蔵タンクの
熱伝導率は、常圧下で０．５８Ｗ／ｍ・Ｋ、加圧下で
１．１Ｗ／ｍ・Ｋであり、さらに伝熱改良材を充てんし
た場合でも５．８〜９．３Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００２８】実施例４ 実施例１における水素吸蔵合金複合体の表面に、さらに
Ｓｉを溶射することにより、光電極（６５×４５×１ｍ
ｍ）を作製した。また、発泡ニッケル板（７０×５０×
５ｍｍ）の表面にパラジウムをめっきして空気電極を作
製した。この空気電極を正極、前記の光電極を負極と
し、電解液として６ｍｏｌ／ｍ3−ＫＯＨ水溶液を用
い、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）ＮＥ４２４（デュポン
社製、商品名）を隔膜として光電池を製造した。この光
電池に対し、太陽光を照射し、放電容量２０ｍＡ、放電
温度３０℃において、放電容量（ｍＡｈ）を変えて放電
電圧（Ｖ）を測定し、その結果をグラフとして図３に示
した。この図において実線はフッ化処理した水素吸蔵合
金複合体を用いた場合、点線はフッ化処理しない水素吸
蔵合金複合体を用いた場合である。
Ｓｉを溶射することにより、光電極（６５×４５×１ｍ
ｍ）を作製した。また、発泡ニッケル板（７０×５０×
５ｍｍ）の表面にパラジウムをめっきして空気電極を作
製した。この空気電極を正極、前記の光電極を負極と
し、電解液として６ｍｏｌ／ｍ3−ＫＯＨ水溶液を用
い、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）ＮＥ４２４（デュポン
社製、商品名）を隔膜として光電池を製造した。この光
電池に対し、太陽光を照射し、放電容量２０ｍＡ、放電
温度３０℃において、放電容量（ｍＡｈ）を変えて放電
電圧（Ｖ）を測定し、その結果をグラフとして図３に示
した。この図において実線はフッ化処理した水素吸蔵合
金複合体を用いた場合、点線はフッ化処理しない水素吸
蔵合金複合体を用いた場合である。
【００２９】
【発明の効果】本発明の水素吸蔵合金複合体は、基体表
面に微粒子状の水素吸蔵合金が凝集した多孔質状態の溶
射層として付着しているため、比表面積が大きく、電池
用電極材料や水素貯蔵容器材料として用いた場合の効率
が著しく向上している。
面に微粒子状の水素吸蔵合金が凝集した多孔質状態の溶
射層として付着しているため、比表面積が大きく、電池
用電極材料や水素貯蔵容器材料として用いた場合の効率
が著しく向上している。
【図１】 本発明水素吸蔵合金複合体の構造を示す断面
図。
図。
【図２】 本発明水素吸蔵合金複合体を用いた電池にお
けるサイクル数と放電容量との関係を示すグラフ。
けるサイクル数と放電容量との関係を示すグラフ。
【図３】 本発明水素吸蔵合金複合体を用いた光電池に
ついての放電容量と放電電圧との関係を示すグラフ。
ついての放電容量と放電電圧との関係を示すグラフ。
１ 基板 ２，… 水素吸蔵合金微粒子 ３ 水素吸蔵合金溶射層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 4/28 Ｈ０１Ｍ 4/28 14/00 14/00 Ｐ (72)発明者 谷 和美 兵庫県西宮市上大市２丁目３番５号 Ｆターム(参考） 4F100 AA05B AA20C AB01A AB31A AB31B AD00A AR00A BA02 BA03 BA10A BA10C EH56B EH56C EJ65B GB48 JD14 JD14B JG01A JJ03A 4K026 AA02 AA08 AA22 AA24 AA25 CA13 CA28 DA03 4K031 AA01 AA06 AB02 CB11 CB21 CB24 CB26 DA01 DA03 DA04 DA06 DA07 EA10 5H032 AA06 AS01 AS16 BB05 BB07 CC11 EE01 5H050 AA08 AA14 BA14 CB16 CB17 CB18 DA04 EA02 EA08 EA12 EA30 FA02 GA11 GA24
Claims (10)
- 【請求項１】 耐熱材料基板と、その表面に形成された
水素吸蔵合金溶射層からなる水素吸蔵合金複合体。 - 【請求項２】 耐熱材料が耐熱性金属又は合金である請
求項１記載の水素吸蔵合金複合体。 - 【請求項３】 耐熱材料が導電性セラミックスである請
求項１記載の水素吸蔵合金複合体。 - 【請求項４】 水素吸蔵合金溶射層がフッ化処理されて
いる請求項１、２又は３記載の水素吸蔵合金複合体。 - 【請求項５】 耐熱材料基板の表面に、溶融水素吸蔵合
金の液状微粒子を高速度に加速して衝突させて、スプラ
ットの積層構造からなる溶射層を形成させることを特徴
とする水素吸蔵合金複合体の製造方法。 - 【請求項６】 耐熱材料基板の表面に、溶融水素吸蔵合
金の液状微粒子を高速度に加速して衝突させて、スプラ
ットの積層構造からなる溶射層を形成させ、次いでこの
溶射層をフッ化処理することを特徴とする水素吸蔵合金
複合体の製造方法。 - 【請求項７】 真空プラズマ噴射（ＶＰＳ）溶射法を用
いて行う請求項５又は６記載の水素吸蔵合金複合体の製
造方法。 - 【請求項８】 耐熱材料が導電性である請求項１ないし
４のいずれかに記載の水素吸蔵合金複合体。 - 【請求項９】 請求項８に記載の水素吸蔵合金複合体か
らなる二次電池用電極。 - 【請求項１０】 請求項８に記載の水素吸蔵合金複合体
の表面に、さらにケイ素を溶射してなる光電池用電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000373302A JP2002180229A (ja) | 2000-12-07 | 2000-12-07 | 水素吸蔵合金複合体、その製造方法及びそれを用いた電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000373302A JP2002180229A (ja) | 2000-12-07 | 2000-12-07 | 水素吸蔵合金複合体、その製造方法及びそれを用いた電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002180229A true JP2002180229A (ja) | 2002-06-26 |
Family
ID=18842712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000373302A Pending JP2002180229A (ja) | 2000-12-07 | 2000-12-07 | 水素吸蔵合金複合体、その製造方法及びそれを用いた電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002180229A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005314777A (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | National Institute For Materials Science | 水素吸蔵合金皮膜とその製造方法 |
| CN103381679A (zh) * | 2013-08-08 | 2013-11-06 | 常熟市东方特种金属材料厂 | 表面光洁的金属 |
-
2000
- 2000-12-07 JP JP2000373302A patent/JP2002180229A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005314777A (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | National Institute For Materials Science | 水素吸蔵合金皮膜とその製造方法 |
| JP4538599B2 (ja) * | 2004-04-30 | 2010-09-08 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 水素吸蔵合金溶射皮膜 |
| CN103381679A (zh) * | 2013-08-08 | 2013-11-06 | 常熟市东方特种金属材料厂 | 表面光洁的金属 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2003132940A (ja) | ニッケル−水素蓄電池 | |
| JP2002180229A (ja) | 水素吸蔵合金複合体、その製造方法及びそれを用いた電極 | |
| KR100345036B1 (ko) | 판상형 Ｎｉ을 이용한 Ｎｉ/ＭＨ 2차 전지용수소저장합금의 표면 개량방법 | |
| JP3755841B2 (ja) | マグネシウム系水素吸蔵材料及びその製造方法 | |
| JPS6119063A (ja) | 水素吸蔵電極 | |
| JP3079890B2 (ja) | 水素吸蔵合金粉末とニッケル−水素電池 | |
| JP2883450B2 (ja) | 水素吸蔵合金材料及びその製造方法 | |
| JPH05101821A (ja) | 水素吸蔵合金電極の製造法 | |
| JP3171401B2 (ja) | 水素化物二次電池 | |
| JP2002003975A (ja) | 水素吸蔵合金及び水素吸蔵合金電極 | |
| JP3552177B2 (ja) | 水素吸蔵合金負極粒子の製造方法 | |
| JP3189361B2 (ja) | アルカリ蓄電池 | |
| JP2586752B2 (ja) | 水素吸蔵合金電極 | |
| JPH0834100B2 (ja) | 水素吸蔵合金電極 | |
| JPH0410175B2 (ja) | ||
| JPH10259445A (ja) | 水素吸蔵合金，その製造方法およびニッケル水素二次電池 | |
| JP3369838B2 (ja) | 水素吸蔵合金電極 | |
| JPH05258750A (ja) | 水素吸蔵合金電極の製造法 | |
| JP3368772B2 (ja) | 水素吸蔵合金粉末の製造方法 | |
| JP3033430B2 (ja) | 水素吸蔵合金粉末とニッケル−水素電池 | |
| JPH09302430A (ja) | 水素吸蔵材料及びそれからなるニッケル‐水素電池用電極 | |
| JP3092262B2 (ja) | 水素吸蔵合金電極の製造法 | |
| JP2553780B2 (ja) | 水素吸蔵合金電極 | |
| JPH0834099B2 (ja) | 水素吸蔵合金電極の製造方法 | |
| JP2002042801A (ja) | 水素吸蔵合金電極およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041101 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20041101 |