JP2003073101A - 水素貯蔵線材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水素の吸蔵速度が速く、かつ水素吸蔵量の大
きい水素貯蔵材料を提供する。また、その簡便な製造方
法を提供する。 【解決手段】 水素貯蔵線材を、水素吸蔵能の高い高水
素吸蔵能材料を含むコア部と水素解離能の高い高水素解
離能材料を含むシェル部とからなるよう構成する。ま
た、その製造方法を、高水素解離能材料をパイプ状に成
形するパイプ成形工程と、前記パイプ状に成形された高
水素解離能材料に高水素吸蔵能材料を内包させてコアシ
ェル構造体を形成するコアシェル構造体形成工程と、前
記コアシェル構造体を伸線加工するコアシェル構造体伸
線加工工程とを含んで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可逆的に水素を吸
蔵・放出する水素貯蔵材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】水素を貯蔵できる水素貯蔵材料は、水素
エネルギーの実用化にむけて重要な材料である。水素貯
蔵材料としては、例えば、所定の条件下で気体の水素を
水素化物という固体の形で吸蔵し、別の条件下で水素を
放出する水素吸蔵合金等が挙げられる。水素吸蔵合金等
の水素貯蔵材料は、爆発性のある水素を安全な固体の形
で貯蔵できることから、例えば、電気自動車用電源等に
利用される燃料電池を始めとして、様々な用途への利用
が期待されている。

【０００３】水素貯蔵材料中に水素が速やかに貯蔵され
るためには、気体である水素分子が固体である水素貯蔵
材料の表面に吸着し、ただちに水素原子に解離して水素
貯蔵材料の内部に拡散する必要がある。しかし、水素を
多量に吸蔵できる材料であっても、水素分子を水素原子
に解離させる水素解離能が高いとは限らない。一方、水
素解離能の高い材料の水素吸蔵量は充分とはいえないの
が現状である。つまり、水素吸蔵能の高い材料であって
も、水素解離能が低いために水素の吸蔵速度が遅く実用
に適さないという問題があった。

【０００４】水素の吸蔵速度の向上を図った水素貯蔵材
料として、例えば、特表平１１−５０３４８９号公報に
は、ナノレベルの微細な結晶粒子からなり、表面に水素
を解離させる触媒が付着したマグネシウム合金からなる
水素貯蔵材料が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記マ
グネシウム合金からなる水素貯蔵材料は、マグネシウム
合金粒子表面に水素解離触媒が付着したものであるが、
触媒は合金粒子に部分的に付着しているにすぎず、合金
粒子の全体を覆うものではない。したがって、触媒と接
していない合金粒子の部分は、空気と触れることにより
酸化し、その部分に酸化物等のいわゆるバリヤー層が形
成される。このバリヤー層が形成された部分では水素分
子を解離させることができないため、水素貯蔵材料にお
ける水素吸蔵速度は低下し、吸蔵できる水素量は充分な
ものではない。

【０００６】本発明は、上記問題を解消すべくなされた
ものであり、水素の吸蔵速度が速く、かつ水素吸蔵量の
大きい水素貯蔵材料を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の水素貯蔵線材
は、水素吸蔵能の高い高水素吸蔵能材料を含むコア部と
水素解離能の高い高水素解離能材料を含むシェル部とか
らなることを特徴とする。すなわち、本発明の水素貯蔵
線材は、いわゆるコアシェル構造を有し、水素貯蔵線材
の表面を形成するシェル部には水素解離能の高い高水素
解離能材料を配置し、内部のコア部には水素吸蔵能の高
い高水素吸蔵能材料を配置したものである。水素貯蔵線
材の表面が水素解離能の高い高水素吸蔵能材料で覆われ
ているため、本発明の水素貯蔵線材の表面に吸着した水
素分子は速やかに水素原子に解離し、線材内部に拡散し
ていく。また、水素吸蔵線材の内部は水素の吸蔵量が極
めて大きい高水素吸蔵能材料により構成されているた
め、多量の水素を吸蔵することができる。つまり、本発
明の水素貯蔵線材は水素の吸蔵速度が速く、かつ水素吸
蔵量の極めて大きな水素貯蔵材料となる。

【０００８】さらに、本発明の水素貯蔵線材は、その形
状が線材であるため、粉体等の材料と比較して取り扱い
が容易である。また、粉体材料は、容器に充填して使用
される場合がほとんどであるのに対し、本発明の水素貯
蔵線材は、例えばコイル状等にしてそのまま使用するこ
とができる。したがって、本発明の水素貯蔵線材は、適
用範囲が広く実用的な水素貯蔵材料となる。

【０００９】通常、水素貯蔵材料からの水素の放出は、
水素貯蔵材料の温度を上昇させて行う。よって、例え
ば、水素吸蔵材料を充填した水素ボンベ等の場合には、
そのボンベ全体の温度を上昇させている。本発明の水素
貯蔵線材では、例えば、水素貯蔵線材に直接電流を流
し、その抵抗発熱により線材自体の温度を上昇させるこ
とができる。つまり、水素貯蔵線材そのものの温度を効
率的に上昇させることができ、水素の放出に要するエネ
ルギーを節約することができる。さらに、昇温時の温度
の制御を、例えば、電流の電流値を調整する等により容
易に行うことができる。したがって、本発明の水素貯蔵
線材は、水素の放出速度をも容易にコントロールするこ
とができるものとなる。

【００１０】本発明の水素貯蔵線材は、その製造方法が
特に限定されるものではない。例えば、以下に示す本発
明の製造方法により簡便に製造することができる。すな
わち、本発明の水素貯蔵線材の製造方法は、高水素解離
能材料をパイプ状に成形するパイプ成形工程と、前記パ
イプ状に成形された高水素解離能材料に高水素吸蔵能材
料を内包させてコアシェル構造体を形成するコアシェル
構造体形成工程と、前記コアシェル構造体を伸線加工す
るコアシェル構造体伸線加工工程とを含んで構成され
る。つまり、予めパイプ状に成形された高水素解離能材
料の内側に高水素吸蔵能材料を内包させてコアシェル構
造体を形成し、そのコアシェル構造体を伸線加工するこ
とにより水素貯蔵線材とする方法である。本製造方法で
は、後に詳しく説明するが、最初にコアシェル構造体を
形成するため、伸線加工を施した場合であってもコア部
とシェル部との界面、すなわちコア部の表面は酸素に触
れにくく、コア部の表面における酸化物層の形成が抑制
される。したがって、製造された水素貯蔵線材の内部に
おいて水素原子の拡散が阻害されることなく、水素の吸
蔵が速やかに行われる。

【００１１】また、もう一つの本発明の水素貯蔵線材の
製造方法は、高水素吸蔵能材料を伸線加工する高水素吸
蔵能材料伸線加工工程と、前記伸線加工した高水素吸蔵
能材料の表面に高水素解離能材料を被覆する被覆工程と
を含んで構成される。本製造方法は、伸線加工した高水
素吸蔵能材料の表面に高水素解離能材料を被覆するもの
であり、本発明の水素貯蔵線材を簡便に製造することが
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の水素貯蔵材料およ
びその製造方法を詳細に説明する。

【００１３】〈水素貯蔵線材〉本発明の水素貯蔵線材
は、高水素吸蔵能材料を含むコア部と、高水素解離能材
料を含むシェル部とからなるいわゆるコアシェル構造を
有するものである。図１に、本発明の水素貯蔵線材の一
例を模式的に示す。なお、図１では、コア部とシェル部
とを明確にするため、線材の断面を誇張して示してい
る。図１（ａ）は、断面形状が略円形の水素貯蔵線材
を、図１（ｂ）は、断面形状が略長方形の水素貯蔵線材
をそれぞれ示す。図１に示すように、本発明の水素貯蔵
線材のコア部とは、線材の軸方向に垂直な断面における
中央部であり、シェル部とは、その中央部を取り囲む線
材の表層部である。

【００１４】本発明の水素貯蔵線材は、線材であれば、
その断面形状は特に限定されるものではない。例えば、
断面形状を円形、楕円形、四角形等とすることができ
る。なお、本明細書において線材とは、図１（ｂ）に示
すような、断面形状が略長方形となったいわゆるテープ
状のもの等をも含むものである。

【００１５】また、本発明の水素貯蔵線材は、上記断面
におけるコア部とシェル部との占有面積の比が特に限定
されるものではない。シェル部は、コア部を略均一に覆
うことができる程度に存在すればよい。例えば、水素貯
蔵線材におけるシェル部の厚さは、約１μｍ程度あれば
充分である。特に、水素貯蔵線材の単位重量当たりの水
素吸蔵量を大きくするという観点から、水素貯蔵線材に
おけるシェル部の厚さはできるだけ薄いことが望まし
い。

【００１６】本発明の水素貯蔵線材は、上記コア部に水
素吸蔵能の高い高水素吸蔵能材料を含み、上記シェル部
に水素解離能の高い高水素解離能材料を含む。コア部を
構成する高水素吸蔵能材料とは、水素吸蔵能が高い材
料、すなわち、主に水素を吸蔵する機能を果たし、その
吸蔵量が大きい材料を意味する。高水素吸蔵能材料は、
後に説明する高水素解離能材料よりも単位重量当たりの
水素吸蔵量が大きい材料である。具体的には、例えば、
単位重量当たりの水素吸蔵量が２ｇ／ｋｇ以上である材
料が望ましい。このような高水素吸蔵能材料としては、
例えば、マグネシウム、Ｍｇ−Ｎｉ合金、Ｍｇ−Ｖ合
金、Ｍｇ−Ｌｉ合金、Ｍｇ−Ａｌ合金等のマグネシウム
合金が挙げられる。なお、本明細書においては、マグネ
シウム合金には、Ｍｇ₂Ｎｉ、Ｍｇ₂Ｃｕ等の金属間化合
物も含まれる。より水素吸蔵能が高いという理由から、
高水素吸蔵能材料として、マグネシウム、Ｍｇ−Ｎｉ合
金、Ｍｇ−Ｌｉ合金、Ｍｇ−Ａｌ合金から選ばれるいず
れか一種以上を用いることが望ましい。特に、Ｍｇ−Ｌ
ｉ合金は、Ｌｉが軽量であることに加え、水素との親和
性が高く水素の吸蔵量が大きいことからより好適であ
る。また、Ｍｇ−Ｌｉ合金のなかでも、結晶格子が体心
立方格子である結晶構造を有するものが、より水素の吸
蔵量が大きく好適である。

【００１７】シェル部を構成する高水素解離能材料と
は、水素解離能が高い材料、すなわち、主に水素を解離
する触媒機能を果たす材料を意味する。高水素解離能材
料は、上述した高水素吸蔵能材料よりも水素解離機能が
高い材料である。なお、高水素解離能材料は、解離した
水素原子を内部に拡散し易くするため、水素透過性も高
いものであることが望ましい。このような高水素解離能
材料としては、例えば、パラジウム、Ｐｄ−Ａｇ合金等
のパラジウム合金、Ｔｉ−Ｆｅ合金、ニオブ、ニオブ合
金、バナジウム、バナジウム合金、ＬａＮｉ₅、ＣａＮ
ｉ₅等の金属間化合物を始めとするニッケル合金等が挙
げられる。より水素解離能が高いという理由から、高水
素解離能材料は、パラジウムおよびパラジウム合金の少
なくともいずれか一方を用いることが望ましい。

【００１８】本発明の水素貯蔵線材は、その使用態様が
特に限定されるものではない。例えば、線材を任意の長
さに切断して使用してもよいし、長尺の線材自体をコイ
ル状にしてそのまま使用してもよい。線材を切断しない
でそのまま使用した場合には、線材に電気絶縁被覆を施
して通電することにより、上述したように水素の放出に
要するエネルギーを節約することができ、水素の放出速
度も容易にコントロールすることができる。

【００１９】〈水素貯蔵線材の製造方法〉 （１）上記本発明の水素貯蔵線材は、その製造方法が特
に限定されるものではない。例えば、本発明の水素貯蔵
材料は、パイプ状に成形された高水素解離能材料に高水
素吸蔵能材料が内包されたコアシェル構造体を伸線加工
して製造されたものとすることができる。本態様の水素
貯蔵線材は、例えば、以下に示す本発明の製造方法によ
り簡便に製造することができる。すなわち、本発明の水
素貯蔵線材の製造方法は、パイプ成形工程と、コアシェ
ル構造体形成工程と、コアシェル構造体伸線加工工程と
を含んで構成される。以下、各工程について説明する。

【００２０】（ａ）パイプ成形工程 本工程は、高水素解離能材料をパイプ状に成形する工程
である。上述したパラジウム等の高水素解離能材料をパ
イプ状に成形する。成形方法は、特に限定されるもので
はない。例えば、鋳造、研削加工等によりパイプ状に成
形すればよい。なお、パイプ状に成形された高水素解離
能材料は、本発明の水素貯蔵線材のシェル部を構成する
こととなる。したがって、パイプの直径および厚さは、
後の伸線加工をも考慮して適宜決定すればよい。

【００２１】（ｂ）コアシェル構造体形成工程 本工程は、パイプ成形工程でパイプ状に成形された高水
素解離能材料に高水素吸蔵能材料を内包させてコアシェ
ル構造体を形成する工程である。パイプ状の高水素解離
能材料に高水素吸蔵能材料が内包されていれば、その態
様が特に限定されるものではない。例えば、粉末状の高
水素吸蔵能材料を用いた場合には、本工程を、パイプ状
の水素高解離材料に粉末状の高水素吸蔵能材料を充填す
る工程を含んだ態様とすることができる。本態様を採用
した場合には、例えば、ボールミル等により粉砕して粉
末状にした高水素吸蔵能材料を用いればよい。なお、本
明細書において、粉末状とは、例えば、急冷凝固等する
ことによりフレーク状としたもの等をも含む概念であ
る。そして、粉末状の高水素吸蔵能材料をパイプ状の水
素高解離材料に充填して、高水素解離能材料に高水素吸
蔵能材料を内包させる。

【００２２】また、本工程を、パイプ状の水素高解離材
料に棒状の高水素吸蔵能材料を挿入する工程を含んだ態
様とすることもできる。本態様を採用した場合には、高
水素吸蔵能材料を、パイプの内周に対応する外周を有す
る棒状に成形して用いる。例えば、パイプの内周が円筒
状であれば、高水素吸蔵能材料を円柱状に成形して用い
ればよい。そして、その円柱状等の棒状の高水素吸蔵能
材料を、パイプ状の水素高解離材料に挿入して、高水素
解離能材料に高水素吸蔵能材料を内包させる。

【００２３】（ｃ）コアシェル構造体伸線加工工程 本工程は、コアシェル構造体形成工程で形成されたコア
シェル構造体を伸線加工する工程である。コアシェル構
造体を伸線加工することにより、コア部とシェル部との
密着性が向上し、水素原子の拡散がスムーズに行われる
こととなる。また、伸線加工により高水素解離能材料お
よび高水素吸蔵能材料の新生面が現れるため、より水素
の解離・吸蔵を活性化することができる。さらに、高水
素吸蔵能材料の新生面は酸素に触れ難いため、コア部の
表面における酸化物層の形成は抑制される。したがっ
て、製造された水素貯蔵線材の内部において水素原子の
拡散が阻害されることなく、水素の吸蔵が速やかに行わ
れる。伸線加工は、特に限定されるものではない。例え
ば、引抜き加工、押出し加工、圧延加工、スエージ加工
等の方法を単独で、あるいはこれらの方法を組み合わせ
て用いればよい。

【００２４】（２）本発明の水素貯蔵線材のもう一つの
態様として、例えば、本発明の水素貯蔵材料は、伸線加
工された水素高吸蔵材料の表面に高水素解離能材料が被
覆されて形成されたものとすることができる。本態様の
水素貯蔵線材は、例えば、以下に示す本発明の製造方法
により簡便に製造することができる。すなわち、本発明
の水素貯蔵線材の製造方法は、高水素吸蔵能材料伸線加
工工程と、被覆工程とを含んで構成される。以下、各工
程について説明する。

【００２５】（ａ）高水素吸蔵能材料伸線加工工程 本工程は、高水素吸蔵能材料を伸線加工する工程であ
る。上述したマグネシウム等の高水素吸蔵能材料を伸線
加工する。伸線加工は、上述したように、例えば、引抜
き加工、押出し加工、圧延加工、スエージ加工等の方法
を単独で、あるいはこれらの方法を組み合わせて用いれ
ばよい。本工程で形成された高水素吸蔵能材料が、本発
明の水素貯蔵線材におけるコア部となる。

【００２６】（ｂ）被覆工程 本工程は、高水素吸蔵能材料伸線加工工程で伸線加工し
た高水素吸蔵能材料の表面に高水素解離能材料を被覆す
る工程である。被覆方法は、上記高水素吸蔵能材料から
なるコア部を均一に被覆することができるものであれ
ば、特に限定されるものではない。例えば、溶射、めっ
き、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング
等の種々の方法から適宜選択すればよい。

【００２７】〈他の実施形態の許容〉以上、本発明の水
素貯蔵線材およびその製造方法の実施形態について説明
したが、上述した実施形態は一実施形態にすぎず、本発
明の水素貯蔵線材およびその製造方法は、上記実施形態
を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改
良を施した種々の形態で実施することができる。

【００２８】例えば、上述したように、水素貯蔵線材に
電気絶縁被覆を施しコイル状にして使用した場合には、
水素の放出をより効率的に、かつ容易にすることができ
る。すなわち、水素の放出方法を、水素貯蔵線材をコイ
ル状に巻き、両端を電気的導通が可能な状態とする工程
と、そのコイル状の水素貯蔵線材に通電して、水素貯蔵
線材の抵抗発熱により水素を放出させる工程とを含むよ
う構成することができる。

【００２９】

【実施例】上記実施形態に基づいて、本発明の水素貯蔵
線材を種々製造した。そして、各水素貯蔵線材について
水素吸蔵量を測定した。以下、製造した水素貯蔵線材お
よび水素吸蔵量の評価等について説明する。

【００３０】（１）第１シリーズの水素貯蔵線材 （ａ）水素貯蔵線材の製造 コア部の高水素吸蔵能材料にＭｇおよびＭｇＨ₂を用
い、シェル部の高水素解離能材料にＰｄを用いて水素貯
蔵線材を製造した。まず、パラジウムを研削加工により
内径１２．４ｍｍ、外径１３．０ｍｍ、長さ１００ｍｍ
のパイプ状に成形した。次いで、粒状のＭｇとＭｇＨ₂
とを重量比で１：１となるように混合し、不活性雰囲気
下でボールミルにより粒子径が１０μｍ以下の粉末状と
した。この粉末を不活性雰囲気下で上記Ｐｄのパイプに
充填し、両端を銅製の雄ねじで封止してコアシェル構造
体を形成した。次に、コアシェル構造体をスエージ加工
して直径６ｍｍの線材とし、さらに引抜き加工により直
径１ｍｍの線材とした。シェル部の厚さは２３μｍであ
った。なお、本線材を＃１１の水素貯蔵線材とする。そ
して、＃１１の水素貯蔵線材をさらに圧延加工して、幅
２．６ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのテープ状の線材とした。
本線材を＃１２の水素貯蔵線材とする。

【００３１】（ｂ）水素吸蔵量の測定 上記製造した＃１１および＃１２の各水素貯蔵線材の水
素吸蔵量を測定した。＃１１および＃１２の各水素貯蔵
線材を、約１．３×１０^-4Ｐａの真空雰囲気下、１５０
℃で７２時間保持して熱処理を行った。その後、各水素
貯蔵線材を２０℃、１．０×１０⁵Ｐａの水素下に１時
間暴露して水素を吸蔵させた。

【００３２】水素を吸蔵させた＃１１および＃１２の各
水素貯蔵線材の水素吸蔵量を測定した。水素吸蔵量は、
水素分析器により測定した。水素分析器は、水素を吸蔵
した試料を不活性気体中に置いて室温から４００℃まで
昇温し、その不活性気体の熱伝導度の変化を測定するこ
とにより、放出した水素量を求め、放出水素量から吸蔵
した水素量を算出するものである。測定した結果、＃１
１の水素貯蔵線材の水素吸蔵量は３．１ｗｔ％、＃１２
の水素貯蔵線材の水素吸蔵量は３．５ｗｔ％であり、ど
ちらも多量の水素を吸蔵したことが確認された。なお、
参考例として、コア部に用いたＭｇおよびＭｇＨ₂の混
合粉末に、上記と同様にして水素を吸蔵させ、その吸蔵
量を測定したところ、新たな水素は全く吸蔵していなか
った。

【００３３】さらに、＃１１および＃１２の各水素貯蔵
線材の昇温脱離スペクトルを測定した。昇温脱離スペク
トルは、測定する試料の温度を一定の速度（４℃／ｍｉ
ｎ．）で昇温し、その過程で試料より脱離する気体を質
量分析器により分析して脱離水素量を測定するものであ
る。図２に、＃１１および＃１２の水素貯蔵線材の昇温
脱離スペクトルを測定した結果を示す。図２（ａ）は＃
１１の水素貯蔵線材の昇温脱離スペクトルを、図２
（ｂ）は＃１２の水素貯蔵線材の昇温脱離スペクトルを
それぞれ示す。図２より、＃１１、＃１２の水素貯蔵線
材は、ともに１４０℃付近にピークが現れ、１４０℃以
下で水素の放出が完了することがわかる。なお、参考例
として、コア部に用いたＭｇＨ₂粉末について同様に測
定を行った。図３にＭｇＨ₂粉末の昇温脱離スペクトル
を測定した結果を示す。図３より、ＭｇＨ₂粉末は、水
素の放出に３５０℃以上の加熱が必要であることがわか
った。したがって、本発明の水素貯蔵線材は、比較的低
温で水素を放出することができることが確認できた。

【００３４】（２）第２シリーズの水素貯蔵線材 （ａ）水素貯蔵線材の製造 コア部の高水素吸蔵能材料にＭｇ−６ｗｔ％Ｎｉ合金を
用い、シェル部の高水素解離能材料にＰｄ−５０ｗｔ％
Ａｇ合金を用いて水素貯蔵線材を製造した。上記第１シ
リーズと同様にして、Ｐｄ−Ａｇ合金をパイプ状に成形
した。次いで、Ｍｇに６ｗｔ％のＮｉを加えて溶解した
ものを急冷凝固処理して、フレーク状のＭｇ−６ｗｔ％
Ｎｉ合金を作製した。このフレーク状のＭｇ−Ｎｉ合金
を不活性雰囲気下で上記Ｐｄ−Ａｇ合金のパイプに充填
し、両端を銅製の雄ねじで封止してコアシェル構造体を
形成した。次に、コアシェル構造体をスエージ加工して
直径６ｍｍの線材とし、さらに引抜き加工により直径１
ｍｍの線材とした。シェル部の厚さは２０μｍであっ
た。なお、本線材を＃２１の水素貯蔵線材とする。そし
て、＃２１の水素貯蔵線材をさらに圧延加工して、幅
２．６ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのテープ状の線材とした。
本線材を＃２２の水素貯蔵線材とする。

【００３５】（ｂ）水素吸蔵量の測定 上記製造した＃２１および＃２２の各水素貯蔵線材の水
素吸蔵量を、上記第１シリーズにおける方法と同様の方
法で測定した。測定した結果、＃２１の水素貯蔵線材の
水素吸蔵量は３．３ｗｔ％、＃２２の水素貯蔵線材の水
素吸蔵量は３．４ｗｔ％であり、どちらも多量の水素を
吸蔵したことが確認された。なお、参考例として、コア
部に用いたフレーク状のＭｇ−６ｗｔ％Ｎｉ合金に、上
記と同様２０℃、１．０×１０⁵Ｐａの水素下に１時間
暴露して水素を吸蔵させたところ、水素吸蔵量は０．１
５ｗｔ％であった。

【００３６】（３）第３シリーズの水素貯蔵線材 （ａ）水素貯蔵線材の製造 コア部の高水素吸蔵能材料にＭｇ−５０ａｔ％Ｌｉ合金
を用い、シェル部の高水素解離能材料にＰｄ−５０ｗｔ
％Ａｇ合金を用いて水素貯蔵線材を製造した。上記第１
シリーズと同様にして、Ｐｄ−Ａｇ合金をパイプ状に成
形した。次いで、Ｍｇに５０ａｔ％のＬｉを固溶したＭ
ｇ−５０ａｔ％Ｌｉ合金を作製し、一つは外径１３ｍ
ｍ、長さ１００ｍｍの円柱状に、もう一つは外径１２．
４ｍｍ、長さ１００ｍｍの円柱状にそれぞれ成形した。
後者の外径１２．４ｍｍの円柱状のＭｇ−Ｌｉ合金を不
活性雰囲気下で上記Ｐｄ−Ａｇ合金のパイプに挿入し、
コアシェル構造体を形成した。次に、コアシェル構造体
をスエージ加工して直径６ｍｍの線材とし、さらに引抜
き加工により直径１ｍｍの線材とした。シェル部の厚さ
は２４μｍであった。なお、本線材を＃３１の水素貯蔵
線材とする。そして、＃３１の水素貯蔵線材をさらに圧
延加工して、幅２．６ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状
の線材とした。本線材を＃３２の水素貯蔵線材とする。
一方、参考例として、外径１３ｍｍ、長さ１００ｍｍの
円柱状に成形した上記Ｍｇ−５０ａｔ％Ｌｉ合金を、ス
エージ加工して直径６ｍｍの線材とし、さらに引抜き加
工により直径１ｍｍの線材とした。

【００３７】（ｂ）水素吸蔵量の測定 上記製造した＃３１および＃３２の各水素貯蔵線材の水
素吸蔵量を、上記第１シリーズにおける方法と同様の方
法で測定した。測定した結果、＃３１の水素貯蔵線材の
水素吸蔵量は３．７ｗｔ％、＃３２の水素貯蔵線材の水
素吸蔵量は４．５ｗｔ％であり、どちらも多量の水素を
吸蔵したことが確認された。なお、参考例として作製し
たＭｇ−５０ａｔ％Ｌｉ合金の線材は全く水素を吸蔵し
なかった。

【００３８】（４）第４シリーズの水素貯蔵線材 （ａ）水素貯蔵線材の製造 コア部の高水素吸蔵能材料にＭｇを用い、シェル部の高
水素解離能材料にＰｄを用いて水素貯蔵線材を製造し
た。まず、上記第１シリーズと同様にして、パラジウム
を内径３．６ｍｍ、外径４．０ｍｍ、長さ５０ｍｍのパ
イプ状に成形した。次いで、粉末状のＭｇに１０ｗｔ％
のＮｉ粉末を加え、水素雰囲気下でボールミルにより粒
子径が１μｍ以下の粉末状とした。この粉末を不活性雰
囲気下で上記Ｐｄのパイプに充填し、両端を銅製の雄ね
じで封止してコアシェル構造体を形成した。次に、コア
シェル構造体を繰り返し引抜き加工して直径０．５ｍｍ
の線材とした。本線材を＃４１の水素貯蔵線材とする。

【００３９】（ｂ）水素吸蔵量の測定 上記製造した＃４１の水素貯蔵線材の水素吸蔵量を、上
記第１シリーズにおける方法と同様の方法で測定した。
測定した結果、＃４１の水素貯蔵線材の水素吸蔵量は
３．３ｗｔ％であり、多量の水素を吸蔵したことが確認
された。

【００４０】さらに、１ｍの＃４１の水素貯蔵線材に耐
熱性多孔質ポリマーを用いて絶縁被覆を施した。そして
被覆された＃４１の水素貯蔵線材をコイル状に巻いた
後、両端に電気接続端子を装着した。これを真空容器中
に置き、コイル状の＃４１の水素貯蔵線材の一部に熱電
対を取付け、両端の端子は外部から電圧を印加できるよ
うにした。真空容器をロータリーポンプで真空引きした
後、室温で約１．０×１０⁵Ｐａとなるよう水素を導入
し、約１時間保持して水素を吸蔵させた。その後、上記
容器を約１．３Ｐａまで真空排気するとともに、コイル
状の＃４１の水素貯蔵線材に電圧を印加した。電流値を
調整し、約１０分間で約３００℃まで線材の温度を上昇
させた。その際、容器の圧力は約１．２×１０⁵Ｐａま
で上昇した。この圧力上昇は、水素が放出されたことを
示すものである。したがって、本発明の水素貯蔵線材に
直接電流を流すことにより、線材自体が加熱され、効率
的に水素を放出できることが確認された。

【００４１】

【発明の効果】本発明の水素貯蔵線材は、いわゆるコア
シェル構造を有し、高水素吸蔵能材料を含むコア部と高
水素解離能材料を含むシェル部とからなる。シェル部で
は主に水素を解離し、コア部では主に水素を吸蔵する。
つまり、本発明の水素貯蔵線材は、水素の吸蔵速度が速
く、かつ水素吸蔵量の極めて大きな水素貯蔵材料とな
る。また、本発明の水素貯蔵線材の製造方法によれば、
上記本発明の水素貯蔵線材を簡便に製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の水素貯蔵線材の一例であって、
（ａ）は、断面形状が略円形の水素貯蔵線材を、（ｂ）
は、断面形状が略長方形の水素貯蔵線材をそれぞれ模式
的に示す。

【図２】 水素貯蔵線材の昇温脱離スペクトルの測定結
果であって、（ａ）は＃１１の水素貯蔵線材の昇温脱離
スペクトルを、（ｂ）は＃１２の水素貯蔵線材の昇温脱
離スペクトルを示す。

【図３】 ＭｇＨ₂粉末の昇温脱離スペクトルを測定し
た結果を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 明生 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 小岩井 明彦 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 青木 正和 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 4G040 AA32 AA43 AA46 5H027 AA00 BA14

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素吸蔵能の高い高水素吸蔵能材料を含
   むコア部と水素解離能の高い高水素解離能材料を含むシ
   ェル部とからなる水素貯蔵線材。
2. 【請求項２】 前記高水素吸蔵能材料は、マグネシウム
   およびマグネシウム合金の少なくともいずれか一方であ
   る請求項１に記載の水素貯蔵線材。
3. 【請求項３】 前記高水素解離能材料は、パラジウムお
   よびパラジウム合金の少なくともいずれか一方である請
   求項１または請求項２に記載の水素貯蔵線材。
4. 【請求項４】 パイプ状に成形された前記高水素解離能
   材料に前記高水素吸蔵能材料が内包されたコアシェル構
   造体を伸線加工して製造された請求項１ないし請求項３
   のいずれかに記載の水素貯蔵線材。
5. 【請求項５】 前記コアシェル構造体は、粉末状の前記
   高水素吸蔵能材料を前記パイプ状の水素高解離材料に充
   填して形成されたものである請求項４に記載の水素貯蔵
   線材。
6. 【請求項６】 前記コアシェル構造体は、棒状の前記高
   水素吸蔵能材料を前記パイプ状の水素高解離材料に挿入
   して形成されたものである請求項４に記載の水素貯蔵線
   材。
7. 【請求項７】 伸線加工された前記水素高吸蔵材料の表
   面に前記高水素解離能材料が被覆されて形成されたもの
   である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の水素
   貯蔵線材。
8. 【請求項８】 水素吸蔵能の高い高水素吸蔵能材料を含
   むコア部と水素解離能の高い高水素解離能材料を含むシ
   ェル部とからなる水素貯蔵線材の製造方法であって、 高水素解離能材料をパイプ状に成形するパイプ成形工程
   と、 前記パイプ状に成形された高水素解離能材料に高水素吸
   蔵能材料を内包させてコアシェル構造体を形成するコア
   シェル構造体形成工程と、 前記コアシェル構造体を伸線加工するコアシェル構造体
   伸線加工工程とを含んでなる水素貯蔵線材の製造方法。
9. 【請求項９】 前記コアシェル構造体形成工程は、前記
   パイプ状の水素高解離材料に粉末状の前記高水素吸蔵能
   材料を充填する工程を含む請求項８に記載の水素貯蔵線
   材の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記コアシェル構造体形成工程は、前
    記パイプ状の水素高解離材料に棒状の前記高水素吸蔵能
    材料を挿入する工程を含む請求項８に記載の水素貯蔵線
    材の製造方法。
11. 【請求項１１】 水素吸蔵能の高い高水素吸蔵能材料を
    含むコア部と水素解離能の高い高水素解離能材料を含む
    シェル部とからなる水素貯蔵線材の製造方法であって、 高水素吸蔵能材料を伸線加工する高水素吸蔵能材料伸線
    加工工程と、 前記伸線加工した高水素吸蔵能材料の表面に高水素解離
    能材料を被覆する被覆工程とを含んでなる水素貯蔵線材
    の製造方法。