JP2003147471A - マグネシウム系水素吸蔵合金 - Google Patents
マグネシウム系水素吸蔵合金Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 水素吸蔵量が大きく、かつ水素の吸蔵・放出
速度が速い水素吸蔵合金を提供する。 【解決手段】 水素吸蔵合金を、組成式Ｍｇ1-(x+y)Ｎ
ｉxＣａy（０＜ｘ＜０．３、０＜ｙ＜０．１）で表さ
れ、観察された断面組織において、Ｍｇ晶の短軸径およ
びＭｇ2Ｎｉ晶の短軸径がそれぞれ５μｍ以下であり、
短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶の面積率および短軸径が
１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶の面積率がそれぞれ３０％
以下となるマグネシウム系水素吸蔵合金とする。Ｍｇ晶
およびＭｇ2Ｎｉ晶が微細化されているため、結晶界面
が増加し、水素の拡散速度が向上する。
速度が速い水素吸蔵合金を提供する。 【解決手段】 水素吸蔵合金を、組成式Ｍｇ1-(x+y)Ｎ
ｉxＣａy（０＜ｘ＜０．３、０＜ｙ＜０．１）で表さ
れ、観察された断面組織において、Ｍｇ晶の短軸径およ
びＭｇ2Ｎｉ晶の短軸径がそれぞれ５μｍ以下であり、
短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶の面積率および短軸径が
１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶の面積率がそれぞれ３０％
以下となるマグネシウム系水素吸蔵合金とする。Ｍｇ晶
およびＭｇ2Ｎｉ晶が微細化されているため、結晶界面
が増加し、水素の拡散速度が向上する。
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・放出することのできる水素吸蔵合金に関し、詳しく
は、水素吸蔵量の大きいマグネシウム系水素吸蔵合金に
関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、二酸化炭素の排出による地球の温
暖化等の環境問題や、石油資源の枯渇等のエネルギー問
題から、クリーンな代替エネルギーとして水素エネルギ
ーが注目されている。水素エネルギーの実用化にむけ
て、水素を安全に貯蔵・輸送する技術の開発が重要とな
る。なかでも、水素吸蔵合金は、爆発性のある水素を金
属水素化物という安全な固体の形で貯蔵できることか
ら、輸送可能な新しい貯蔵媒体として期待されている。 【０００３】例えば、マグネシウムは、軽量で、水素の
吸蔵量が大きいことから水素貯蔵材料の一つとして注目
されている。しかし、マグネシウムは、マグネシウム水
素化物中における水素拡散の活性化エネルギーが比較的
大きいため、水素の吸蔵・放出に高温を必要とし、水素
の吸蔵・放出速度も極めて遅く、実用には適さないとい
う問題を有している。このため、水素の吸蔵に触媒的な
役割を果たすニッケルや銅等を添加してマグネシウム合
金とする等、その特性の向上を図る試みが進められてい
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
でに開発されたマグネシウム合金の水素の吸蔵・放出速
度は、実用にはいまだ充分とはいえず、上述した問題の
解決には至っていない。 【０００５】本発明は、このような実状に鑑みてなされ
たものであり、マグネシウムの利点を生かし、水素吸蔵
量が大きく、かつ水素の吸蔵・放出速度が速い水素吸蔵
合金を提供することを課題とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明のマグネシウム系
水素吸蔵合金は、組成式Ｍｇ1-(x+y)ＮｉxＣａy（０＜
ｘ＜０．３、０＜ｙ＜０．１）で表され、観察された断
面組織において、Ｍｇ晶の短軸径およびＭｇ2Ｎｉ晶の
短軸径がそれぞれ５μｍ以下であり、短軸径が１μｍを
超えるＭｇ晶の面積率および短軸径が１μｍを超えるＭ
ｇ2Ｎｉ晶の面積率がそれぞれ３０％以下であることを
特徴とする。 【０００７】本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金は、
マグネシウムにニッケルとカルシウムとを添加して合金
化したものである。Ｎｉは主に水素分子を解離させる触
媒機能を果たし、Ｃａは合金組織の微細化や、合金粉の
焼結を抑制する役割を果たすと考えられる。そして、合
金組織におけるＭｇ晶およびＭｇ2Ｎｉ晶が微細化され
ている点に特徴を有する。すなわち、合金組織は、Ｍｇ
相、Ｍｇ2Ｎｉ相、Ｍｇ2Ｃａ相、Ｃａ−Ｎｉ相等の種々
の相から構成され、後に写真を示すが、その断面組織に
おけるＭｇ晶およびＭｇ2Ｎｉ晶の短軸径はそれぞれ５
μｍ以下と小さく、さらに短軸径が１μｍを超えるＭｇ
晶およびＭｇ2Ｎｉ晶の割合が小さくなっている。つま
り、晶出したＭｇ晶やＭｇ2Ｎｉ晶が、薄片状等に微細
化された合金組織となっている。これらＭｇ晶およびＭ
ｇ2Ｎｉ晶は、水素との反応速度が遅いと考えられる。
また、合金内に拡散した水素は各相の界面に沿って移動
すると考えられる。したがって、上記Ｍｇ晶等を微細化
することによって、界面を増加させ、水素の拡散速度を
向上させることができ、水素をＭｇ晶等に侵入し易くす
ることができる。また、上記Ｍｇ晶等が微細化している
ため、水素の吸蔵・放出反応に寄与する表面積が大きく
なり、表面に存在するＭｇ2Ｎｉ、Ｃａ−Ｎｉ等による
水素解離作用も効果的に作用し、水素の吸蔵・放出反応
が促進されると考えられる。このように、本発明のマグ
ネシウム系水素吸蔵合金は、マグネシウムが有する優れ
た特性を生かしつつ、水素吸蔵・放出速度の大きい合金
となる。 【０００８】また、通常、水素吸蔵合金を使用する前に
は、水素を吸蔵し易い温度で高圧水素下で保持する等の
いわゆる活性化処理が行われる。そして、この活性化処
理の条件や回数等は、水素吸蔵合金により異なるもので
ある。例えば、マグネシウムの場合では、温度３５０〜
４００℃、水素圧力５ＭＰａ程度の条件下で保持し、そ
の後真空脱気するという操作を、通常１０回程度繰り返
して活性化処理される。後の実施例で明らかになったこ
とであるが、本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金は、
この活性化処理を容易に行うことができる合金となる。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明のマグネシウム系水
素吸蔵合金について詳細に説明する。なお、説明する実
施形態は一実施形態にすぎず、本発明のマグネシウム系
水素吸蔵合金が下記の実施形態に限定されるものではな
い。下記実施形態を始めとして、当業者が行い得る変
更、改良等を施した種々の形態にて実施することができ
る。 【００１０】本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金は、
組成式Ｍｇ1-(x+y)ＮｉxＣａy（０＜ｘ＜０．３、０＜
ｙ＜０．１）で表されるものである。上述したように、
Ｎｉは主に水素分子を解離させる触媒機能を果たすもの
であり、合金中のＮｉの含有割合、つまり組成式におけ
るｘの値の範囲は０＜ｘ＜０．３とする。Ｎｉの含有割
合が０．３以上の場合には、上記触媒作用は大きくなる
が、その分だけ主構成元素であるＭｇの割合が低下する
ため、合金の水素吸蔵量が減少するからである。水素吸
蔵量を考慮した場合には、Ｎｉの含有割合を０．１以
下、すなわち、ｘの値の範囲をｘ≦０．１とすることが
望ましい。なお、Ｎｉの触媒機能を効果的に発揮させる
観点からは、Ｎｉの含有割合を０．０５以上、すなわ
ち、ｘの値の範囲を０．０５≦ｘとすることが望まし
い。また、上述したように、Ｃａは合金組織の微細化
や、合金粉の焼結を抑制する役割を果たすものであり、
合金中のＣａの含有割合、つまり組成式におけるｙの値
の範囲は０＜ｙ＜０．１とする。Ｃａはその重量が大き
いため、Ｃａの含有割合が０．１以上の場合には、合金
の単位重量当たりの水素吸蔵量が減少するからである。
単位重量当たりの水素吸蔵量を考慮した場合には、Ｃａ
の含有割合を０．０５以下、すなわち、ｙの値の範囲を
ｙ≦０．０５とすることが望ましい。なお、Ｃａの添加
効果を充分に発揮させるという観点からは、Ｃａの含有
割合を０．０２以上、すなわち、ｙの値の範囲を０．０
２≦ｙとすることが望ましい。 【００１１】また、本発明のマグネシウム系水素吸蔵合
金は、観察された断面組織において、Ｍｇ晶の短軸径お
よびＭｇ2Ｎｉ晶の短軸径がそれぞれ５μｍ以下であ
り、短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶の面積率および短軸
径が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶の面積率がそれぞれ３
０％以下である。ここで、合金の断面組織は、通常行わ
れている方法で観察すればよく、例えば、光学顕微鏡、
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等により観察すればよい。
本明細書では、ＳＥＭ観察による反射電子像で合金の断
面組織を特定している。合金の断面組織においてＭｇ晶
およびＭｇ2Ｎｉ晶の短軸径は５μｍ以下とする。短軸
径とは、上記各結晶をそれに接する２本の平行線で挟ん
だ場合の最短長さを意味する。後に写真で示すように、
合金の断面組織において、例えば、結晶の断面形状が円
形に近い場合には、短軸形は円の直径に近くなる。ま
た、例えば、結晶の断面形状が針状の場合には、短軸形
はその幅を示すものとなる。つまり、短軸径が５μｍを
超えると、結晶が大きくなるため、各結晶界面が減少し
て水素の拡散速度が遅くなり、水素の吸蔵・放出速度を
向上させることが困難となる。より水素の吸蔵・放出速
度の向上を図るためには、１μｍ以下とすることが望ま
しい。 【００１２】また、短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶の面
積率および短軸径が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶の面積
率はそれぞれ３０％以下とする。つまり、合金の断面組
織を観察した場合において、短軸径が１μｍを超える比
較的大きなＭｇ晶の占有面積が、その断面全体の面積の
３０％以下であり、かつ、短軸径が１μｍを超える比較
的大きなＭｇ2Ｎｉ晶の占有面積が、その断面全体の面
積の３０％以下であることが必要となる。なお、合金組
織において、短軸径が１μｍを超える上記結晶が晶出し
ない場合もあり得る。本発明の水素吸蔵合金は、短軸径
が１μｍを超える上記各結晶が存在しない態様をも含む
ものである。つまり、短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶
や、短軸径が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶が存在した場
合に、それらの面積率がそれぞれ３０％以下であるとい
う意味である。 【００１３】短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶の面積率が
３０％を超えると、大きな結晶の割合が大きくなるた
め、水素の拡散速度が遅くなり、水素の吸蔵・放出速度
を向上させることが困難となる。特に、１０％以下とす
ることが望ましい。短軸径が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ
晶の面積率が３０％を超えると、大きな結晶の割合が大
きくなるため、上記同様に、水素の吸蔵・放出速度を向
上させることが困難となる。なお、本面積率も１０％以
下とすることが望ましい。なお、各結晶界面を増加さ
せ、より水素の拡散速度を向上させるという観点から、
上記両結晶の面積率の合計を１５％以下とすることがよ
り望ましい。 【００１４】本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金の製
造方法は、特に限定されるものではなく、通常の合金の
製造方法、すわわち、原料となる各金属を目的の組成と
なるように混合、溶解した後、凝固させるというプロセ
スに従えばよい。合金組織は、例えば、凝固時の冷却速
度や、凝固後の熱処理等によりコントロールすることが
できる。また、合金の組成が共晶組成に近い場合は、Ｍ
ｇおよびＭｇ2Ｎｉの初晶の晶出をある程度抑制するこ
とができる。特に、Ｍｇ晶およびＭｇ2Ｎｉ晶を微細化
するという観点から、凝固時の冷却速度を大きくする、
つまり急冷することが望ましい。より具体的には、凝固
時の冷却速度を１０2〜１０5Ｋ／ｓとすることが望まし
い。このような製造方法として、鋳造法において急冷す
る方法の他、例えば、ロール急冷法、ガスアトマイズ法
等の急冷凝固法が挙げられる。 【００１５】 【実施例】上記実施形態に基づいて、本発明のマグネシ
ウム系水素吸蔵合金を種々製造した。そして、各水素吸
蔵合金について水素を吸蔵・放出させ、その吸蔵量と放
出量とを測定した。以下、製造したマグネシウム系水素
吸蔵合金および水素吸蔵量および放出量の評価について
説明する。 【００１６】（１）第１シリーズのマグネシウム系水素
吸蔵合金 （ａ）水素吸蔵合金の製造 組成式Ｍｇ0.85Ｎｉ0.1Ｃａ0.05で表される合金（以下
＃１１の合金と示す）と組成式Ｍｇ0.9Ｎｉ0.02Ｃａ
0.08で表される合金（以下＃１２の合金と示す）との２
種類の水素吸蔵合金を鋳造により製造した。まず、Ｍ
ｇ、Ｎｉ、Ｃａを上記それぞれの合金組成となるように
混合し、加熱炉にて溶解した後、厚さ２ｍｍの銅金型に
流し込み急冷することにより板状のインゴットに鋳造し
た。なお、急冷は冷却速度を約１０2Ｋ／ｓとして行っ
た。得られた板状の＃１１、＃１２の各合金について粉
末法によるＸ線回折分析を行った。そのＸ線回折スペク
トルから、＃１１の合金には、Ｍｇ相、Ｍｇ2Ｎｉ相、
Ｍｇ2Ｃａ相、ＣａＮｉ5相が、＃１２の合金には、Ｍｇ
相、Ｍｇ2Ｎｉ相、Ｍｇ2Ｃａ相が生成していることが確
認された。また、＃１１の合金の断面組織のＳＥＭ観察
による反射電子像の一例を図１に示す。図１中、黒色で
表されている結晶がＭｇ晶、白色で表されている結晶が
Ｍｇ2Ｎｉ晶である。図１より、＃１１の合金における
断面組織には、短軸径が３０〜１５０ｎｍの針状のＭｇ
晶、および短軸径が３０〜１５０ｎｍの針状のＭｇ2Ｎ
ｉ晶が観察され、両者ともに微細化されていることが確
認できる。そして、短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶の面
積率は５％、短軸径が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶の面
積率は１０％であった。 【００１７】また同様に、＃１２の合金の断面組織の反
射電子像の一例を図２に示す。図２中、黒色で表されて
いる結晶がＭｇ晶、白色で表されている結晶がＭｇ2Ｎ
ｉ晶である。図２より、＃１２の合金における断面組織
には、短軸径が０．０５〜３μｍのＭｇ晶、および短軸
径が０．０５〜２μｍのＭｇ2Ｎｉ晶が観察され、両者
ともに微細化されていることが確認できる。そして、短
軸径が１μｍを超えるＭｇ晶の面積率は３０％、短軸径
が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶の面積率は１０％であっ
た。以上より、＃１１および＃１２の合金は、本発明の
マグネシウム系水素吸蔵合金であることが確認できた。 【００１８】（ｂ）水素吸蔵量および放出量の測定 ＃１１および＃１２の両合金を活性化処理した後、水素
加圧チャンバーに入れ、温度３００℃、約１．３ＭＰａ
の水素加圧下でそれぞれ水素を吸蔵させた。活性化処理
は、３００℃、水素圧５ＭＰａ下で水素を吸蔵させた
後、真空脱気するという処理を４回繰り返すことにより
行った。また、吸蔵した水素量は、圧力−組成等温線
（ＰＣＴ線）を求めるジーベルツ法により測定した（Ｊ
ＩＳ Ｈ ７２０１−１９９１）。図３に、＃１１および
＃１２の各合金の水素吸蔵量の経時変化を示す。なお、
参考例として、同様の条件下でのマグネシウムの水素吸
蔵量の経時変化を図３に併せて示す。図３から明らかな
ように、水素の充填開始から６００秒（１０分）経過後
の水素吸蔵量は、＃１１の合金では５．９ｗｔ％、＃１
２の合金では４．２ｗｔ％となり、２．５ｗｔ％である
Ｍｇを大幅に上回る値となった。そして、＃１１の合金
は、水素の充填開始から約１００秒で５．５ｗｔ％の水
素を吸蔵し、＃１２の合金は約１００秒で３．５ｗｔ％
の水素を吸蔵していることから、上記両合金は水素吸蔵
速度が極めて速いことがわかる。 【００１９】次に、上記各＃１１、＃１２の合金および
Ｍｇに最大量の水素を吸蔵させた後、３００℃の温度下
で水素の放出量を測定した。図４に、＃１１、＃１２の
合金およびマグネシウムの水素放出量の経時変化を示
す。図４から明らかなように、水素の充填開始から１２
００秒（２０分）経過後の水素放出量は、Ｍｇが０．５
ｗｔ％に過ぎなかったのに対し、＃１１の合金では５．
７ｗｔ％、＃１２の合金では５．０ｗｔ％と大きくなっ
た。そして、＃１１、＃１２の合金は、ともに水素放出
速度が速いことがわかる。 【００２０】以上より、本発明のマグネシウム系水素吸
蔵合金は、水素吸蔵量が大きく、水素吸蔵・放出速度が
速い合金であることが確認できた。なお、＃１１、＃１
２の両合金は、マグネシウムと比較して、その活性化の
ための温度が低く、回数も４回程度で充分であった。つ
まり、本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金は、活性化
処理を容易に行うことのできる水素吸蔵合金であること
が確認できた。 【００２１】（２）第２シリーズのマグネシウム系水素
吸蔵合金 （ａ）水素吸蔵合金の製造 組成式Ｍｇ0.67Ｎｉ0.23Ｃａ0.1で表される合金（以下
＃２１の合金と示す）と組成式Ｍｇ0.96Ｎｉ0.02Ｃａ
0.02で表される合金（以下＃２２の合金と示す）との２
種類の水素吸蔵合金を、上記第１シリーズの合金と同様
の方法で製造した。得られた板状の＃２１、＃２２の各
合金について粉末法によるＸ線回折分析を行い、そのＸ
線回折スペクトルから、＃２１の合金には、Ｍｇ相、Ｍ
ｇ2Ｎｉ相、Ｍｇ2Ｃａ相、ＭｇＮｉ2相、ＣａＮｉ5相
が、また、＃２２の合金には、Ｍｇ相、Ｍｇ2Ｎｉ相、
Ｍｇ2Ｃａ相がそれぞれ生成していることが確認され
た。さらに、＃２１の合金における断面組織のＳＥＭ観
察による反射電子像では、短軸径が０．０５〜０．５μ
ｍのＭｇ晶、および短軸径が０．０５〜３５μｍのＭｇ
2Ｎｉ晶が観察された。そして、短軸径が１μｍを超え
るＭｇ晶は観察されず面積率は０％であったが、短軸径
が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶の面積率は６０％であっ
た。また、同様に、＃２２の合金における断面組織のＳ
ＥＭ観察による反射電子像では、短軸径が０．０５〜３
０μｍのＭｇ晶、および短軸径が０．０５〜０．２μｍ
のＭｇ2Ｎｉ晶が観察された。そして、短軸径が１μｍ
を超えるＭｇ晶の面積率は５０％であった。なお、短軸
径が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶は観察されなかった。
つまり、＃２１、＃２２の合金は、その断面組織におけ
るＭｇ晶やＭｇ2Ｎｉ晶が大きく、充分に微細化されて
いないことがわかる。 【００２２】（ｂ）水素吸蔵量および放出量の測定 ＃２１および＃２２の両合金を活性化処理した後、水素
加圧チャンバーに入れ、温度３００℃、約１．３ＭＰａ
の水素加圧下でそれぞれ水素を吸蔵させた。活性化処理
は、＃２１の合金では、３００℃、水素圧５ＭＰａ下で
水素を吸蔵させた後、真空脱気するという処理を４回繰
り返すことにより、また、＃２２の合金では、３００
℃、水素圧５ＭＰａ下で水素を吸蔵させた後、真空脱気
するという処理を８回繰り返すことにより行った。な
お、吸蔵した水素量は、第１シリーズの合金における測
定方法と同様の方法で測定した。その結果、水素の充填
開始から６００秒（１０分）経過後の水素吸蔵量は、＃
２１、＃２２の合金ともに３．８ｗｔ％となった。ま
た、上記各＃２１、＃２２の合金に最大量の水素を吸蔵
させた後、３００℃の温度下で水素の放出量を測定し
た。その結果、水素の充填開始から１２００秒（２０
分）経過後の水素放出量は、＃２１の合金では４．０ｗ
ｔ％、＃２２の合金では５．８ｗｔ％となった。 【００２３】以上より、本第２シリーズの水素吸蔵合金
は、本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金である第１シ
リーズの水素吸蔵合金と比較して、水素吸蔵量が小さ
く、また水素吸蔵・放出速度もそれほど向上していない
ことがわかる。 【００２４】（３）第３シリーズのマグネシウム系水素
吸蔵合金 （ａ）水素吸蔵合金の製造 組成式Ｍｇ0.82Ｎｉ0.1Ｃａ0.08で表される合金（以下
＃３１の合金と示す）を単ロール急冷法により製造し
た。まず、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃａを上記合金組成となるよう
に混合し、その混合物を一端がノズル状に加工された石
英ガラス管に入れ、単ロール液体急冷装置に取り付け
た。真空脱気した後、アルゴン雰囲気にて上記混合物を
高周波溶解し、３０００ｒｐｍの回転速度で回転する単
ロールにノズルから吹き付けることにより、フレーク状
の合金を製造した。なお、冷却速度は約１０5Ｋ／ｓと
した。得られた＃３１の合金について粉末法によるＸ線
回折分析を行い、そのＸ線回折スペクトルから、＃３１
の合金には、Ｍｇ相、Ｍｇ2Ｎｉ相、Ｍｇ2Ｃａ相、Ｃａ
Ｎｉ5相が生成していることが確認された。さらに、＃
３１の合金における断面組織のＳＥＭ観察による反射電
子像では、短軸径が５０ｎｍ以下のＭｇ晶、および短軸
径が２００ｎｍ以下のＭｇ2Ｎｉ晶が観察された。そし
て、短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶およびＭｇ2Ｎｉ晶
は、ともに観察されず両面積率は０％であり、両者はと
もに微細化されていることが確認できる。すなわち、＃
３１の合金は、本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金で
あることが確認できた。 【００２５】（ｂ）水素吸蔵量および放出量の測定 ＃３１の合金に、上記第１シリーズの合金について行っ
たのと同様にして、温度３００℃、約１．３ＭＰａの水
素加圧下で水素を吸蔵させた。その結果、水素の充填開
始から６００秒（１０分）経過後の水素吸蔵量は５．５
ｗｔ％となり、２．５ｗｔ％であるＭｇの２倍以上の吸
蔵量となった。次に、＃３１の合金に最大量の水素を吸
蔵させた後、３００℃の温度下で水素の放出量を測定し
た。その結果、水素の充填開始から１２００秒（２０
分）経過後の水素放出量は、上記Ｍｇが０．５ｗｔ％に
過ぎなかったのに対し、５．５ｗｔ％と大きくなった。 【００２６】以上より、本発明のマグネシウム系水素吸
蔵合金は、水素吸蔵量が大きく、水素吸蔵・放出速度が
速い合金であることが確認できた。なお、＃３１の合金
も、上記第１シリーズの合金と同様の活性化処理で充分
であった。よって、本発明のマグネシウム系水素吸蔵合
金は、活性化処理を容易に行うことのできる水素吸蔵合
金であることが確認できた。 【００２７】（４）第４シリーズのマグネシウム系水素
吸蔵合金 （ａ）水素吸蔵合金の製造 組成式Ｍｇ0.88Ｎｉ0.08Ｃａ0.04で表される水素吸蔵合
金（以下＃４１の合金と示す）をガスアトマイズ法によ
り製造した。まず、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃａを上記合金組成と
なるように混合し、その混合物をガスアトマイズ用坩堝
に入れ高周波溶解した。その後、溶湯出口部に取り付け
られたノズルから高圧アルゴンガスを噴射することによ
り、粉末状の合金を製造した。なお、冷却速度は約１０
2Ｋ／ｓとした。得られた＃４１の合金について粉末法
によるＸ線回折分析を行い、そのＸ線回折スペクトルか
ら、＃４１の合金には、Ｍｇ相、Ｍｇ2Ｎｉ相、Ｍｇ2Ｃ
ａ相が生成していることが確認された。さらに、＃４１
の合金における断面組織のＳＥＭ観察による反射電子像
では、短軸径が０．０３〜３μｍのＭｇ晶、および短軸
径が０．０３〜０．１μｍのＭｇ2Ｎｉ晶が観察され、
両者はともに微細化されていることが確認できる。な
お、短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶の面積率は２％であ
った。すなわち、＃４１の合金は、本発明のマグネシウ
ム系水素吸蔵合金であることが確認できた。 【００２８】（ｂ）水素吸蔵量および放出量の測定 ＃４１の合金に、上記第１シリーズの合金について行っ
たのと同様にして、温度３００℃、約１．３ＭＰａの水
素加圧下で水素を吸蔵させた。その結果、水素の充填開
始から６００秒（１０分）経過後の水素吸蔵量は６．１
ｗｔ％となり、上記マグネシウムの値を大幅に上回るも
のとなった。次に、＃４１の合金に最大量の水素を吸蔵
させた後、３００℃の温度下で水素の放出量を測定し
た。その結果、水素の充填開始から１２００秒（２０
分）経過後の水素放出量は、上記Ｍｇが０．５ｗｔ％に
過ぎなかったのに対し、６．０ｗｔ％と大きくなった。 【００２９】以上より、本発明のマグネシウム系水素吸
蔵合金は、水素吸蔵量が大きく、水素吸蔵・放出速度が
速い合金であることが確認できた。なお、＃４１の合金
も、上記第１シリーズの合金と同様の活性化処理で充分
であった。よって、本発明のマグネシウム系水素吸蔵合
金は、活性化処理を容易に行うことのできる水素吸蔵合
金であることが確認できた。 【００３０】 【発明の効果】本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金
は、マグネシウムとニッケルとカルシウムとを所定の組
成で合金化し、その合金組織におけるＭｇ晶およびＭｇ
2Ｎｉ晶が微細化されたものである。Ｍｇ晶およびＭｇ2
Ｎｉ晶が微細化されているため、結晶界面が増加し、水
素の拡散速度が向上する。また、水素の吸蔵・放出反応
に寄与する表面積も大きくなり、水素の吸蔵・放出反応
が促進される。したがって、本発明のマグネシウム系水
素吸蔵合金は、水素吸蔵量が大きく、水素吸蔵・放出速
度の速い合金となる。さらに、活性化処理を容易に行う
ことができる合金となる。
蔵・放出することのできる水素吸蔵合金に関し、詳しく
は、水素吸蔵量の大きいマグネシウム系水素吸蔵合金に
関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、二酸化炭素の排出による地球の温
暖化等の環境問題や、石油資源の枯渇等のエネルギー問
題から、クリーンな代替エネルギーとして水素エネルギ
ーが注目されている。水素エネルギーの実用化にむけ
て、水素を安全に貯蔵・輸送する技術の開発が重要とな
る。なかでも、水素吸蔵合金は、爆発性のある水素を金
属水素化物という安全な固体の形で貯蔵できることか
ら、輸送可能な新しい貯蔵媒体として期待されている。 【０００３】例えば、マグネシウムは、軽量で、水素の
吸蔵量が大きいことから水素貯蔵材料の一つとして注目
されている。しかし、マグネシウムは、マグネシウム水
素化物中における水素拡散の活性化エネルギーが比較的
大きいため、水素の吸蔵・放出に高温を必要とし、水素
の吸蔵・放出速度も極めて遅く、実用には適さないとい
う問題を有している。このため、水素の吸蔵に触媒的な
役割を果たすニッケルや銅等を添加してマグネシウム合
金とする等、その特性の向上を図る試みが進められてい
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
でに開発されたマグネシウム合金の水素の吸蔵・放出速
度は、実用にはいまだ充分とはいえず、上述した問題の
解決には至っていない。 【０００５】本発明は、このような実状に鑑みてなされ
たものであり、マグネシウムの利点を生かし、水素吸蔵
量が大きく、かつ水素の吸蔵・放出速度が速い水素吸蔵
合金を提供することを課題とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明のマグネシウム系
水素吸蔵合金は、組成式Ｍｇ1-(x+y)ＮｉxＣａy（０＜
ｘ＜０．３、０＜ｙ＜０．１）で表され、観察された断
面組織において、Ｍｇ晶の短軸径およびＭｇ2Ｎｉ晶の
短軸径がそれぞれ５μｍ以下であり、短軸径が１μｍを
超えるＭｇ晶の面積率および短軸径が１μｍを超えるＭ
ｇ2Ｎｉ晶の面積率がそれぞれ３０％以下であることを
特徴とする。 【０００７】本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金は、
マグネシウムにニッケルとカルシウムとを添加して合金
化したものである。Ｎｉは主に水素分子を解離させる触
媒機能を果たし、Ｃａは合金組織の微細化や、合金粉の
焼結を抑制する役割を果たすと考えられる。そして、合
金組織におけるＭｇ晶およびＭｇ2Ｎｉ晶が微細化され
ている点に特徴を有する。すなわち、合金組織は、Ｍｇ
相、Ｍｇ2Ｎｉ相、Ｍｇ2Ｃａ相、Ｃａ−Ｎｉ相等の種々
の相から構成され、後に写真を示すが、その断面組織に
おけるＭｇ晶およびＭｇ2Ｎｉ晶の短軸径はそれぞれ５
μｍ以下と小さく、さらに短軸径が１μｍを超えるＭｇ
晶およびＭｇ2Ｎｉ晶の割合が小さくなっている。つま
り、晶出したＭｇ晶やＭｇ2Ｎｉ晶が、薄片状等に微細
化された合金組織となっている。これらＭｇ晶およびＭ
ｇ2Ｎｉ晶は、水素との反応速度が遅いと考えられる。
また、合金内に拡散した水素は各相の界面に沿って移動
すると考えられる。したがって、上記Ｍｇ晶等を微細化
することによって、界面を増加させ、水素の拡散速度を
向上させることができ、水素をＭｇ晶等に侵入し易くす
ることができる。また、上記Ｍｇ晶等が微細化している
ため、水素の吸蔵・放出反応に寄与する表面積が大きく
なり、表面に存在するＭｇ2Ｎｉ、Ｃａ−Ｎｉ等による
水素解離作用も効果的に作用し、水素の吸蔵・放出反応
が促進されると考えられる。このように、本発明のマグ
ネシウム系水素吸蔵合金は、マグネシウムが有する優れ
た特性を生かしつつ、水素吸蔵・放出速度の大きい合金
となる。 【０００８】また、通常、水素吸蔵合金を使用する前に
は、水素を吸蔵し易い温度で高圧水素下で保持する等の
いわゆる活性化処理が行われる。そして、この活性化処
理の条件や回数等は、水素吸蔵合金により異なるもので
ある。例えば、マグネシウムの場合では、温度３５０〜
４００℃、水素圧力５ＭＰａ程度の条件下で保持し、そ
の後真空脱気するという操作を、通常１０回程度繰り返
して活性化処理される。後の実施例で明らかになったこ
とであるが、本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金は、
この活性化処理を容易に行うことができる合金となる。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明のマグネシウム系水
素吸蔵合金について詳細に説明する。なお、説明する実
施形態は一実施形態にすぎず、本発明のマグネシウム系
水素吸蔵合金が下記の実施形態に限定されるものではな
い。下記実施形態を始めとして、当業者が行い得る変
更、改良等を施した種々の形態にて実施することができ
る。 【００１０】本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金は、
組成式Ｍｇ1-(x+y)ＮｉxＣａy（０＜ｘ＜０．３、０＜
ｙ＜０．１）で表されるものである。上述したように、
Ｎｉは主に水素分子を解離させる触媒機能を果たすもの
であり、合金中のＮｉの含有割合、つまり組成式におけ
るｘの値の範囲は０＜ｘ＜０．３とする。Ｎｉの含有割
合が０．３以上の場合には、上記触媒作用は大きくなる
が、その分だけ主構成元素であるＭｇの割合が低下する
ため、合金の水素吸蔵量が減少するからである。水素吸
蔵量を考慮した場合には、Ｎｉの含有割合を０．１以
下、すなわち、ｘの値の範囲をｘ≦０．１とすることが
望ましい。なお、Ｎｉの触媒機能を効果的に発揮させる
観点からは、Ｎｉの含有割合を０．０５以上、すなわ
ち、ｘの値の範囲を０．０５≦ｘとすることが望まし
い。また、上述したように、Ｃａは合金組織の微細化
や、合金粉の焼結を抑制する役割を果たすものであり、
合金中のＣａの含有割合、つまり組成式におけるｙの値
の範囲は０＜ｙ＜０．１とする。Ｃａはその重量が大き
いため、Ｃａの含有割合が０．１以上の場合には、合金
の単位重量当たりの水素吸蔵量が減少するからである。
単位重量当たりの水素吸蔵量を考慮した場合には、Ｃａ
の含有割合を０．０５以下、すなわち、ｙの値の範囲を
ｙ≦０．０５とすることが望ましい。なお、Ｃａの添加
効果を充分に発揮させるという観点からは、Ｃａの含有
割合を０．０２以上、すなわち、ｙの値の範囲を０．０
２≦ｙとすることが望ましい。 【００１１】また、本発明のマグネシウム系水素吸蔵合
金は、観察された断面組織において、Ｍｇ晶の短軸径お
よびＭｇ2Ｎｉ晶の短軸径がそれぞれ５μｍ以下であ
り、短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶の面積率および短軸
径が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶の面積率がそれぞれ３
０％以下である。ここで、合金の断面組織は、通常行わ
れている方法で観察すればよく、例えば、光学顕微鏡、
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等により観察すればよい。
本明細書では、ＳＥＭ観察による反射電子像で合金の断
面組織を特定している。合金の断面組織においてＭｇ晶
およびＭｇ2Ｎｉ晶の短軸径は５μｍ以下とする。短軸
径とは、上記各結晶をそれに接する２本の平行線で挟ん
だ場合の最短長さを意味する。後に写真で示すように、
合金の断面組織において、例えば、結晶の断面形状が円
形に近い場合には、短軸形は円の直径に近くなる。ま
た、例えば、結晶の断面形状が針状の場合には、短軸形
はその幅を示すものとなる。つまり、短軸径が５μｍを
超えると、結晶が大きくなるため、各結晶界面が減少し
て水素の拡散速度が遅くなり、水素の吸蔵・放出速度を
向上させることが困難となる。より水素の吸蔵・放出速
度の向上を図るためには、１μｍ以下とすることが望ま
しい。 【００１２】また、短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶の面
積率および短軸径が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶の面積
率はそれぞれ３０％以下とする。つまり、合金の断面組
織を観察した場合において、短軸径が１μｍを超える比
較的大きなＭｇ晶の占有面積が、その断面全体の面積の
３０％以下であり、かつ、短軸径が１μｍを超える比較
的大きなＭｇ2Ｎｉ晶の占有面積が、その断面全体の面
積の３０％以下であることが必要となる。なお、合金組
織において、短軸径が１μｍを超える上記結晶が晶出し
ない場合もあり得る。本発明の水素吸蔵合金は、短軸径
が１μｍを超える上記各結晶が存在しない態様をも含む
ものである。つまり、短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶
や、短軸径が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶が存在した場
合に、それらの面積率がそれぞれ３０％以下であるとい
う意味である。 【００１３】短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶の面積率が
３０％を超えると、大きな結晶の割合が大きくなるた
め、水素の拡散速度が遅くなり、水素の吸蔵・放出速度
を向上させることが困難となる。特に、１０％以下とす
ることが望ましい。短軸径が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ
晶の面積率が３０％を超えると、大きな結晶の割合が大
きくなるため、上記同様に、水素の吸蔵・放出速度を向
上させることが困難となる。なお、本面積率も１０％以
下とすることが望ましい。なお、各結晶界面を増加さ
せ、より水素の拡散速度を向上させるという観点から、
上記両結晶の面積率の合計を１５％以下とすることがよ
り望ましい。 【００１４】本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金の製
造方法は、特に限定されるものではなく、通常の合金の
製造方法、すわわち、原料となる各金属を目的の組成と
なるように混合、溶解した後、凝固させるというプロセ
スに従えばよい。合金組織は、例えば、凝固時の冷却速
度や、凝固後の熱処理等によりコントロールすることが
できる。また、合金の組成が共晶組成に近い場合は、Ｍ
ｇおよびＭｇ2Ｎｉの初晶の晶出をある程度抑制するこ
とができる。特に、Ｍｇ晶およびＭｇ2Ｎｉ晶を微細化
するという観点から、凝固時の冷却速度を大きくする、
つまり急冷することが望ましい。より具体的には、凝固
時の冷却速度を１０2〜１０5Ｋ／ｓとすることが望まし
い。このような製造方法として、鋳造法において急冷す
る方法の他、例えば、ロール急冷法、ガスアトマイズ法
等の急冷凝固法が挙げられる。 【００１５】 【実施例】上記実施形態に基づいて、本発明のマグネシ
ウム系水素吸蔵合金を種々製造した。そして、各水素吸
蔵合金について水素を吸蔵・放出させ、その吸蔵量と放
出量とを測定した。以下、製造したマグネシウム系水素
吸蔵合金および水素吸蔵量および放出量の評価について
説明する。 【００１６】（１）第１シリーズのマグネシウム系水素
吸蔵合金 （ａ）水素吸蔵合金の製造 組成式Ｍｇ0.85Ｎｉ0.1Ｃａ0.05で表される合金（以下
＃１１の合金と示す）と組成式Ｍｇ0.9Ｎｉ0.02Ｃａ
0.08で表される合金（以下＃１２の合金と示す）との２
種類の水素吸蔵合金を鋳造により製造した。まず、Ｍ
ｇ、Ｎｉ、Ｃａを上記それぞれの合金組成となるように
混合し、加熱炉にて溶解した後、厚さ２ｍｍの銅金型に
流し込み急冷することにより板状のインゴットに鋳造し
た。なお、急冷は冷却速度を約１０2Ｋ／ｓとして行っ
た。得られた板状の＃１１、＃１２の各合金について粉
末法によるＸ線回折分析を行った。そのＸ線回折スペク
トルから、＃１１の合金には、Ｍｇ相、Ｍｇ2Ｎｉ相、
Ｍｇ2Ｃａ相、ＣａＮｉ5相が、＃１２の合金には、Ｍｇ
相、Ｍｇ2Ｎｉ相、Ｍｇ2Ｃａ相が生成していることが確
認された。また、＃１１の合金の断面組織のＳＥＭ観察
による反射電子像の一例を図１に示す。図１中、黒色で
表されている結晶がＭｇ晶、白色で表されている結晶が
Ｍｇ2Ｎｉ晶である。図１より、＃１１の合金における
断面組織には、短軸径が３０〜１５０ｎｍの針状のＭｇ
晶、および短軸径が３０〜１５０ｎｍの針状のＭｇ2Ｎ
ｉ晶が観察され、両者ともに微細化されていることが確
認できる。そして、短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶の面
積率は５％、短軸径が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶の面
積率は１０％であった。 【００１７】また同様に、＃１２の合金の断面組織の反
射電子像の一例を図２に示す。図２中、黒色で表されて
いる結晶がＭｇ晶、白色で表されている結晶がＭｇ2Ｎ
ｉ晶である。図２より、＃１２の合金における断面組織
には、短軸径が０．０５〜３μｍのＭｇ晶、および短軸
径が０．０５〜２μｍのＭｇ2Ｎｉ晶が観察され、両者
ともに微細化されていることが確認できる。そして、短
軸径が１μｍを超えるＭｇ晶の面積率は３０％、短軸径
が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶の面積率は１０％であっ
た。以上より、＃１１および＃１２の合金は、本発明の
マグネシウム系水素吸蔵合金であることが確認できた。 【００１８】（ｂ）水素吸蔵量および放出量の測定 ＃１１および＃１２の両合金を活性化処理した後、水素
加圧チャンバーに入れ、温度３００℃、約１．３ＭＰａ
の水素加圧下でそれぞれ水素を吸蔵させた。活性化処理
は、３００℃、水素圧５ＭＰａ下で水素を吸蔵させた
後、真空脱気するという処理を４回繰り返すことにより
行った。また、吸蔵した水素量は、圧力−組成等温線
（ＰＣＴ線）を求めるジーベルツ法により測定した（Ｊ
ＩＳ Ｈ ７２０１−１９９１）。図３に、＃１１および
＃１２の各合金の水素吸蔵量の経時変化を示す。なお、
参考例として、同様の条件下でのマグネシウムの水素吸
蔵量の経時変化を図３に併せて示す。図３から明らかな
ように、水素の充填開始から６００秒（１０分）経過後
の水素吸蔵量は、＃１１の合金では５．９ｗｔ％、＃１
２の合金では４．２ｗｔ％となり、２．５ｗｔ％である
Ｍｇを大幅に上回る値となった。そして、＃１１の合金
は、水素の充填開始から約１００秒で５．５ｗｔ％の水
素を吸蔵し、＃１２の合金は約１００秒で３．５ｗｔ％
の水素を吸蔵していることから、上記両合金は水素吸蔵
速度が極めて速いことがわかる。 【００１９】次に、上記各＃１１、＃１２の合金および
Ｍｇに最大量の水素を吸蔵させた後、３００℃の温度下
で水素の放出量を測定した。図４に、＃１１、＃１２の
合金およびマグネシウムの水素放出量の経時変化を示
す。図４から明らかなように、水素の充填開始から１２
００秒（２０分）経過後の水素放出量は、Ｍｇが０．５
ｗｔ％に過ぎなかったのに対し、＃１１の合金では５．
７ｗｔ％、＃１２の合金では５．０ｗｔ％と大きくなっ
た。そして、＃１１、＃１２の合金は、ともに水素放出
速度が速いことがわかる。 【００２０】以上より、本発明のマグネシウム系水素吸
蔵合金は、水素吸蔵量が大きく、水素吸蔵・放出速度が
速い合金であることが確認できた。なお、＃１１、＃１
２の両合金は、マグネシウムと比較して、その活性化の
ための温度が低く、回数も４回程度で充分であった。つ
まり、本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金は、活性化
処理を容易に行うことのできる水素吸蔵合金であること
が確認できた。 【００２１】（２）第２シリーズのマグネシウム系水素
吸蔵合金 （ａ）水素吸蔵合金の製造 組成式Ｍｇ0.67Ｎｉ0.23Ｃａ0.1で表される合金（以下
＃２１の合金と示す）と組成式Ｍｇ0.96Ｎｉ0.02Ｃａ
0.02で表される合金（以下＃２２の合金と示す）との２
種類の水素吸蔵合金を、上記第１シリーズの合金と同様
の方法で製造した。得られた板状の＃２１、＃２２の各
合金について粉末法によるＸ線回折分析を行い、そのＸ
線回折スペクトルから、＃２１の合金には、Ｍｇ相、Ｍ
ｇ2Ｎｉ相、Ｍｇ2Ｃａ相、ＭｇＮｉ2相、ＣａＮｉ5相
が、また、＃２２の合金には、Ｍｇ相、Ｍｇ2Ｎｉ相、
Ｍｇ2Ｃａ相がそれぞれ生成していることが確認され
た。さらに、＃２１の合金における断面組織のＳＥＭ観
察による反射電子像では、短軸径が０．０５〜０．５μ
ｍのＭｇ晶、および短軸径が０．０５〜３５μｍのＭｇ
2Ｎｉ晶が観察された。そして、短軸径が１μｍを超え
るＭｇ晶は観察されず面積率は０％であったが、短軸径
が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶の面積率は６０％であっ
た。また、同様に、＃２２の合金における断面組織のＳ
ＥＭ観察による反射電子像では、短軸径が０．０５〜３
０μｍのＭｇ晶、および短軸径が０．０５〜０．２μｍ
のＭｇ2Ｎｉ晶が観察された。そして、短軸径が１μｍ
を超えるＭｇ晶の面積率は５０％であった。なお、短軸
径が１μｍを超えるＭｇ2Ｎｉ晶は観察されなかった。
つまり、＃２１、＃２２の合金は、その断面組織におけ
るＭｇ晶やＭｇ2Ｎｉ晶が大きく、充分に微細化されて
いないことがわかる。 【００２２】（ｂ）水素吸蔵量および放出量の測定 ＃２１および＃２２の両合金を活性化処理した後、水素
加圧チャンバーに入れ、温度３００℃、約１．３ＭＰａ
の水素加圧下でそれぞれ水素を吸蔵させた。活性化処理
は、＃２１の合金では、３００℃、水素圧５ＭＰａ下で
水素を吸蔵させた後、真空脱気するという処理を４回繰
り返すことにより、また、＃２２の合金では、３００
℃、水素圧５ＭＰａ下で水素を吸蔵させた後、真空脱気
するという処理を８回繰り返すことにより行った。な
お、吸蔵した水素量は、第１シリーズの合金における測
定方法と同様の方法で測定した。その結果、水素の充填
開始から６００秒（１０分）経過後の水素吸蔵量は、＃
２１、＃２２の合金ともに３．８ｗｔ％となった。ま
た、上記各＃２１、＃２２の合金に最大量の水素を吸蔵
させた後、３００℃の温度下で水素の放出量を測定し
た。その結果、水素の充填開始から１２００秒（２０
分）経過後の水素放出量は、＃２１の合金では４．０ｗ
ｔ％、＃２２の合金では５．８ｗｔ％となった。 【００２３】以上より、本第２シリーズの水素吸蔵合金
は、本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金である第１シ
リーズの水素吸蔵合金と比較して、水素吸蔵量が小さ
く、また水素吸蔵・放出速度もそれほど向上していない
ことがわかる。 【００２４】（３）第３シリーズのマグネシウム系水素
吸蔵合金 （ａ）水素吸蔵合金の製造 組成式Ｍｇ0.82Ｎｉ0.1Ｃａ0.08で表される合金（以下
＃３１の合金と示す）を単ロール急冷法により製造し
た。まず、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃａを上記合金組成となるよう
に混合し、その混合物を一端がノズル状に加工された石
英ガラス管に入れ、単ロール液体急冷装置に取り付け
た。真空脱気した後、アルゴン雰囲気にて上記混合物を
高周波溶解し、３０００ｒｐｍの回転速度で回転する単
ロールにノズルから吹き付けることにより、フレーク状
の合金を製造した。なお、冷却速度は約１０5Ｋ／ｓと
した。得られた＃３１の合金について粉末法によるＸ線
回折分析を行い、そのＸ線回折スペクトルから、＃３１
の合金には、Ｍｇ相、Ｍｇ2Ｎｉ相、Ｍｇ2Ｃａ相、Ｃａ
Ｎｉ5相が生成していることが確認された。さらに、＃
３１の合金における断面組織のＳＥＭ観察による反射電
子像では、短軸径が５０ｎｍ以下のＭｇ晶、および短軸
径が２００ｎｍ以下のＭｇ2Ｎｉ晶が観察された。そし
て、短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶およびＭｇ2Ｎｉ晶
は、ともに観察されず両面積率は０％であり、両者はと
もに微細化されていることが確認できる。すなわち、＃
３１の合金は、本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金で
あることが確認できた。 【００２５】（ｂ）水素吸蔵量および放出量の測定 ＃３１の合金に、上記第１シリーズの合金について行っ
たのと同様にして、温度３００℃、約１．３ＭＰａの水
素加圧下で水素を吸蔵させた。その結果、水素の充填開
始から６００秒（１０分）経過後の水素吸蔵量は５．５
ｗｔ％となり、２．５ｗｔ％であるＭｇの２倍以上の吸
蔵量となった。次に、＃３１の合金に最大量の水素を吸
蔵させた後、３００℃の温度下で水素の放出量を測定し
た。その結果、水素の充填開始から１２００秒（２０
分）経過後の水素放出量は、上記Ｍｇが０．５ｗｔ％に
過ぎなかったのに対し、５．５ｗｔ％と大きくなった。 【００２６】以上より、本発明のマグネシウム系水素吸
蔵合金は、水素吸蔵量が大きく、水素吸蔵・放出速度が
速い合金であることが確認できた。なお、＃３１の合金
も、上記第１シリーズの合金と同様の活性化処理で充分
であった。よって、本発明のマグネシウム系水素吸蔵合
金は、活性化処理を容易に行うことのできる水素吸蔵合
金であることが確認できた。 【００２７】（４）第４シリーズのマグネシウム系水素
吸蔵合金 （ａ）水素吸蔵合金の製造 組成式Ｍｇ0.88Ｎｉ0.08Ｃａ0.04で表される水素吸蔵合
金（以下＃４１の合金と示す）をガスアトマイズ法によ
り製造した。まず、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃａを上記合金組成と
なるように混合し、その混合物をガスアトマイズ用坩堝
に入れ高周波溶解した。その後、溶湯出口部に取り付け
られたノズルから高圧アルゴンガスを噴射することによ
り、粉末状の合金を製造した。なお、冷却速度は約１０
2Ｋ／ｓとした。得られた＃４１の合金について粉末法
によるＸ線回折分析を行い、そのＸ線回折スペクトルか
ら、＃４１の合金には、Ｍｇ相、Ｍｇ2Ｎｉ相、Ｍｇ2Ｃ
ａ相が生成していることが確認された。さらに、＃４１
の合金における断面組織のＳＥＭ観察による反射電子像
では、短軸径が０．０３〜３μｍのＭｇ晶、および短軸
径が０．０３〜０．１μｍのＭｇ2Ｎｉ晶が観察され、
両者はともに微細化されていることが確認できる。な
お、短軸径が１μｍを超えるＭｇ晶の面積率は２％であ
った。すなわち、＃４１の合金は、本発明のマグネシウ
ム系水素吸蔵合金であることが確認できた。 【００２８】（ｂ）水素吸蔵量および放出量の測定 ＃４１の合金に、上記第１シリーズの合金について行っ
たのと同様にして、温度３００℃、約１．３ＭＰａの水
素加圧下で水素を吸蔵させた。その結果、水素の充填開
始から６００秒（１０分）経過後の水素吸蔵量は６．１
ｗｔ％となり、上記マグネシウムの値を大幅に上回るも
のとなった。次に、＃４１の合金に最大量の水素を吸蔵
させた後、３００℃の温度下で水素の放出量を測定し
た。その結果、水素の充填開始から１２００秒（２０
分）経過後の水素放出量は、上記Ｍｇが０．５ｗｔ％に
過ぎなかったのに対し、６．０ｗｔ％と大きくなった。 【００２９】以上より、本発明のマグネシウム系水素吸
蔵合金は、水素吸蔵量が大きく、水素吸蔵・放出速度が
速い合金であることが確認できた。なお、＃４１の合金
も、上記第１シリーズの合金と同様の活性化処理で充分
であった。よって、本発明のマグネシウム系水素吸蔵合
金は、活性化処理を容易に行うことのできる水素吸蔵合
金であることが確認できた。 【００３０】 【発明の効果】本発明のマグネシウム系水素吸蔵合金
は、マグネシウムとニッケルとカルシウムとを所定の組
成で合金化し、その合金組織におけるＭｇ晶およびＭｇ
2Ｎｉ晶が微細化されたものである。Ｍｇ晶およびＭｇ2
Ｎｉ晶が微細化されているため、結晶界面が増加し、水
素の拡散速度が向上する。また、水素の吸蔵・放出反応
に寄与する表面積も大きくなり、水素の吸蔵・放出反応
が促進される。したがって、本発明のマグネシウム系水
素吸蔵合金は、水素吸蔵量が大きく、水素吸蔵・放出速
度の速い合金となる。さらに、活性化処理を容易に行う
ことができる合金となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＃１１の合金の断面組織のＳＥＭ観察による
反射電子像の一例を示す。 【図２】 ＃１２の合金の断面組織のＳＥＭ観察による
反射電子像の一例を示す。 【図３】 ＃１１、＃１２の各合金およびマグネシウム
の水素吸蔵量の経時変化を示す（３００℃、水素圧１．
３ＭＰａ）。 【図４】 ＃１１、＃１２の合金およびマグネシウムの
水素放出量の経時変化を示す（３００℃）。
反射電子像の一例を示す。 【図２】 ＃１２の合金の断面組織のＳＥＭ観察による
反射電子像の一例を示す。 【図３】 ＃１１、＃１２の各合金およびマグネシウム
の水素吸蔵量の経時変化を示す（３００℃、水素圧１．
３ＭＰａ）。 【図４】 ＃１１、＃１２の合金およびマグネシウムの
水素放出量の経時変化を示す（３００℃）。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】 【提出日】平成１３年１１月６日（２００１．１１．
６） 【手続補正１】 【補正対象書類名】図面 【補正対象項目名】図１ 【補正方法】変更 【補正内容】 【図１】【手続補正２】 【補正対象書類名】図面 【補正対象項目名】図２ 【補正方法】変更 【補正内容】 【図２】
【手続補正書】 【提出日】平成１３年１１月６日（２００１．１１．
６） 【手続補正１】 【補正対象書類名】図面 【補正対象項目名】図１ 【補正方法】変更 【補正内容】 【図１】【手続補正２】 【補正対象書類名】図面 【補正対象項目名】図２ 【補正方法】変更 【補正内容】 【図２】
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(72)発明者 砥綿 真一
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
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 組成式Ｍｇ1-(x+y)ＮｉxＣａy（０＜ｘ
＜０．３、０＜ｙ＜０．１）で表され、観察された断面
組織において、Ｍｇ晶の短軸径およびＭｇ2Ｎｉ晶の短
軸径がそれぞれ５μｍ以下であり、短軸径が１μｍを超
えるＭｇ晶の面積率および短軸径が１μｍを超えるＭｇ
2Ｎｉ晶の面積率がそれぞれ３０％以下であるマグネシ
ウム系水素吸蔵合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001338123A JP2003147471A (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | マグネシウム系水素吸蔵合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001338123A JP2003147471A (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | マグネシウム系水素吸蔵合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003147471A true JP2003147471A (ja) | 2003-05-21 |
Family
ID=19152662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001338123A Pending JP2003147471A (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | マグネシウム系水素吸蔵合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003147471A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008523240A (ja) * | 2004-12-07 | 2008-07-03 | ザ ユニバーシティー オブ クイーンズランド | 水素吸蔵のためのマグネシウム合金 |
| US9435489B2 (en) | 2010-02-24 | 2016-09-06 | Hydrexia Pty Ltd | Hydrogen release system |
| US11141784B2 (en) | 2015-07-23 | 2021-10-12 | Hydrexia Pty Ltd. | Mg-based alloy for hydrogen storage |
-
2001
- 2001-11-02 JP JP2001338123A patent/JP2003147471A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008523240A (ja) * | 2004-12-07 | 2008-07-03 | ザ ユニバーシティー オブ クイーンズランド | 水素吸蔵のためのマグネシウム合金 |
| US9234264B2 (en) | 2004-12-07 | 2016-01-12 | Hydrexia Pty Limited | Magnesium alloys for hydrogen storage |
| US9435489B2 (en) | 2010-02-24 | 2016-09-06 | Hydrexia Pty Ltd | Hydrogen release system |
| US10215338B2 (en) | 2010-02-24 | 2019-02-26 | Hydrexia Pty Ltd. | Hydrogen release system |
| US11141784B2 (en) | 2015-07-23 | 2021-10-12 | Hydrexia Pty Ltd. | Mg-based alloy for hydrogen storage |
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