JP2005232583A - 水素吸蔵材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 水素吸蔵材料を、組成式(Ca1-xAx)1-z(Si1-yBy)z{Aは、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、3〜6族元素、Ni、Au、In、Tl、Sn、Fe、Co、Cu、Agから選ばれる少なくとも一種、Bは、7〜17族元素、希土類元素、Hf、Beから選ばれる少なくとも一種、0≦x<1、0≦y<1、0.38≦z≦0.58}で表されるものとする。Ca、Siを基本構成元素とするため、軽量かつ安価である。また、初期活性が高いため、原則として、高温、高圧下での活性化処理は必要ない。さらに、置換元素の種類や置換割合を調整することにより、動作温度を低くすることができ、水素吸蔵量を大きくすることができる。
【選択図】 なし
Description
大角泰章著,「新版 水素吸蔵合金−その物性と応用−」, 株式会社アグネ技術センター,1999年2月5日,p.14−16 「J. Solid State Chem.」,2001年,159号, p.149−162
本発明の水素吸蔵材料は、組成式(Ca1-xAx)1-z(Si1-yBy)z{Aは、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、3〜6族元素、Ni、Au、In、Tl、Sn、Fe、Co、Cu、Agから選ばれる少なくとも一種、Bは、7〜17族元素、希土類元素、Hf、Beから選ばれる少なくとも一種、0≦x<1、0≦y<1、0.38≦z≦0.58}で表される。
本発明の水素吸蔵材料の化合物相調整方法は、上記本発明の水素吸蔵材料に対して、室温〜400℃の温度下で水素を吸蔵、放出させる水素吸蔵放出処理を行うことで、該水素吸蔵材料に含まれる特定の化合物相の体積割合を調整する。
本発明の水素吸蔵速度向上方法は、CaSi化合物に、3〜12族元素から選ばれる一種以上の金属を機械的エネルギーを加えながら混合することで、該CaSi化合物の水素吸蔵速度を向上させる。CaSi化合物は、特に限定されるものではなく、CaSiの他、Ca、Siの一部を他元素で置換した化合物等が挙げられる。例えば、上記本発明の水素吸蔵材料が好適である。混合する金属としては、例えば、Zn、Fe、Niから選ばれる一種以上を用いるとよい。特に、Niが好適である。
(a)Ca0.5Si0.5の製造
約250gのCa粒(純度99.5%)と、約180gのSi片(純度99.999%)とを混合し、金型に入れて真空溶解した。自然冷却した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.5Si0.5を得た。得られたCa0.5Si0.5について、CuΚα線を用いた粉末法によるX線回折測定を行った。図1に、Ca0.5Si0.5のX線回折プロファイルを示す。なお、図1には、後述する水素の吸蔵、放出後に測定した結果をも併せて示す。図1に示すX線回折プロファイルから、得られたCa0.5Si0.5は、ほぼCaSi相の単相からなり、その結晶構造は、CrB型であることを確認した。また、水素の吸蔵・放出後にもとのCrB型結晶構造に戻ることを確認した。
製造したCa0.5Si0.5を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度200℃、水素圧力6MPaの条件で水素を吸蔵させた。吸蔵された水素量は、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(JIS H 7201−1991、以下同様。)。水素の吸蔵開始から約3時間経過後の水素吸蔵量は、約2wt%となった。その後、200℃の温度下で、ロータリーポンプにより水素を排気したところ、吸蔵した水素の全量を放出した。
(a)Ca0.6Si0.4の製造
約2gのCa粒(純度99.5%)と、約1gのSi片(純度99.999%)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。自然冷却した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.6Si0.4を得た。得られたCa0.6Si0.4について、上記同様にX線回折測定を行った。X線回折プロファイルから、得られたCa0.6Si0.4では、CrB型の結晶構造を有するCaSi相が主相となることを確認した。また、水素の吸蔵・放出後にもとのCrB型結晶構造に戻ることを確認した。
製造したCa0.6Si0.4を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度150℃、水素圧力6MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約1wt%の水素を吸蔵した。その後、200℃の温度下で、ロータリーポンプにより水素を排気したところ、吸蔵した水素の全量を放出した。続いて、水素の吸蔵・放出を、上記同様に合計10サイクル行った。2〜10サイクル目の水素吸蔵量は、1サイクル目とほぼ同量であった。また、いずれのサイクルでも、200℃の温度下で、吸蔵した水素の全量を放出した。
(a)Ca0.42Si0.58の製造
約1gのCa粒(純度99.5%)と、約1gのSi粉末(純度99.999%)とを混合後、冷間プレスし、アルゴンガス雰囲気の加熱炉にて加熱した。自然冷却した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.42Si0.58を得た。得られたCa0.42Si0.58について、上記同様にX線回折測定を行った。X線回折プロファイルから、得られたCa0.42Si0.58では、CrB型の結晶構造を有するCaSi相が主相となることを確認した。また、水素の吸蔵・放出後にもとのCrB型結晶構造に戻ることを確認した。
製造したCa0.42Si0.58を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度150℃、水素圧力6MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約1wt%の水素を吸蔵した。その後、200℃の温度下で、ロータリーポンプにより水素を排気したところ、吸蔵した水素の全量を放出した。続いて、水素の吸蔵・放出を、上記同様に合計10サイクル行った。2〜10サイクル目の水素吸蔵量は、1サイクル目とほぼ同量であった。また、いずれのサイクルでも、200℃の温度下で、吸蔵した水素の全量を放出した。
(a)Ca0.55(Si0.75Cu0.25)0.45の製造
約1.7gのCa粒(純度99.5%)と、約0.7gのSi粉末(純度99.999%)と、約0.6gのCu粉末(純度99.9%)とを混合後、冷間プレスし、アルゴンガス雰囲気の加熱炉にて加熱した。その後急冷し、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.55(Si0.75Cu0.25)0.45を得た。得られたCa0.55(Si0.75Cu0.25)0.45について、上記同様にX線回折測定を行った。X線回折プロファイルから、得られたCa0.55(Si0.75Cu0.25)0.45では、CrB型の結晶構造を有するCa(Si,Cu)相が主相となることを確認した。また、水素の吸蔵・放出後にもとのCrB型結晶構造に戻ることを確認した。
製造したCa0.55(Si0.75Cu0.25)0.45を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度70℃、水素圧力6MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約2.5wt%の水素を吸蔵した。その後、180℃の温度下で、ロータリーポンプにより水素を排気したところ、吸蔵した水素の全量を放出した。続いて、水素の吸蔵・放出を、上記同様に合計10サイクル行った。2〜10サイクル目の水素吸蔵量は、1サイクル目とほぼ同量であった。また、いずれのサイクルでも、180℃の温度下で、吸蔵した水素の全量を放出した。
(a)Ca0.5(Si0.25Cu0.75)0.5の製造
約255gのCa粒(純度99.5%)と、約45gのSi片(純度99.999%)と、約300gのCu粒(純度99.9%)とを混合し、金型に入れて真空溶解した。自然冷却した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.5(Si0.25Cu0.75)0.5を得た。
製造したCa0.5(Si0.25Cu0.75)0.5を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度100℃、水素圧力2MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約1.2wt%の水素を吸蔵した。
(a)Ca0.5(Si0.7Zn0.3)0.5の製造
約1gのCa粒(純度99.5%)と、約0.5gのSi片(純度99.999%)と、約0.5gのZn粒(純度99.9%)とを混合し、金型に入れて真空溶解した。その後急冷し、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.5(Si0.7Zn0.3)0.5を得た。得られたCa0.5(Si0.7Zn0.3)0.5について、上記同様にX線回折測定を行った。X線回折プロファイルから、得られたCa0.5(Si0.7Zn0.3)0.5では、CrB型の結晶構造を有するCa(Si,Zn)相が主相となることを確認した。また、水素の吸蔵・放出後にもとのCrB型結晶構造に戻ることを確認した。
製造したCa0.5(Si0.7Zn0.3)0.5を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度70℃、水素圧力6MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約2.5wt%の水素を吸蔵した。その後、200℃の温度下で、ロータリーポンプにより水素を排気したところ、吸蔵した水素の全量を放出した。続いて、水素の吸蔵・放出を、上記同様に合計10サイクル行った。2〜10サイクル目の水素吸蔵量は、1サイクル目とほぼ同量であった。また、いずれのサイクルでも、200℃の温度下で、吸蔵した水素の全量を放出した。
(a)Ca0.42(Si0.3Zn0.7)0.58の製造
約1gのCa粒(純度99.5%)と、約0.3gのSi片(純度99.999%)と、約1.7gのZn粒(純度99.9%)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。自然冷却した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.42(Si0.3Zn0.7)0.58を得た。
製造したCa0.42(Si0.3Zn0.7)0.58を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度100℃、水素圧力3MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約1wt%の水素を吸蔵した。
(a)(Ca0.2La0.8)0.45Si0.55の製造
予め、アーク溶解法にてLaSiを作製し、それを粉砕してLaSi粉末を準備した。約1.7gのLaSi粉末と、約0.1gのCa粒(純度99.5%)と、約0.2gのSi粉末(純度99.999%)とを混合後、冷間プレスし、アルゴンガス雰囲気の加熱炉にて加熱した。水冷後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状の(Ca0.2La0.8)0.45Si0.55を得た。得られた(Ca0.2La0.8)0.45Si0.55について、上記同様にX線回折測定を行った。X線回折プロファイルから、得られた(Ca0.2La0.8)0.45Si0.55では、FeB型の結晶構造を有する(Ca,La)Si相が主相となることを確認した。また、水素の吸蔵・放出後にもとのFeB型結晶構造に戻ることを確認した。
製造した(Ca0.2La0.8)0.45Si0.55を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度400℃、水素圧力2MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約0.7wt%の水素を吸蔵した。その後、450℃の温度下で、ロータリーポンプにより水素を排気したところ、吸蔵した水素の全量を放出した。
(a)(Ca0.8La0.2)0.6Si0.4の製造
約1.2gのCa粒(純度99.5%)と、約0.7gのSi片(純度99.999%)と、約1.1gのLa粒(純度99.9%)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。自然冷却した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状の(Ca0.8La0.2)0.6Si0.4を得た。得られた(Ca0.8La0.2)0.6Si0.4について、上記同様にX線回折測定を行った。X線回折プロファイルから、得られた(Ca0.8La0.2)0.6Si0.4では、CrB型の結晶構造を有する(Ca,La)Si相が主相となることを確認した。また、水素の吸蔵・放出後にもとのCrB型結晶構造に戻ることを確認した。
製造した(Ca0.8La0.2)0.6Si0.4を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度150℃、水素圧力6MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約1.2wt%の水素を吸蔵した。その後、200℃の温度下で、ロータリーポンプにより水素を排気したところ、吸蔵した水素の全量を放出した。続いて、水素の吸蔵・放出を、上記同様に合計10サイクル行った。2〜10サイクル目の水素吸蔵量は、1サイクル目とほぼ同量であった。また、いずれのサイクルでも、200℃の温度下で、吸蔵した水素の全量を放出した。
(a)Ca0.53(Si0.8Ge0.2)0.47の製造
約1.6gのCa粒(純度99.5%)と、約0.9gのSi粉末(純度99.999%)と、約0.6gのGe粉末(純度99.9%)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。さらに、アルゴンガス雰囲気にて950℃、30時間の熱処理を施した後、水冷し、インゴットを得た。得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.53(Si0.8Ge0.2)0.47を得た。得られたCa0.53(Si0.8Ge0.2)0.47について、上記同様にX線回折測定を行った。X線回折プロファイルから、Ca0.53(Si0.8Ge0.2)0.47は、ほぼ単相からなり、CrB型の結晶構造を有するCaSiのSiサイトの一部がGeで置換された結晶構造を有することが確認された。
製造したCa0.53(Si0.8Ge0.2)0.47を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度100℃、水素圧力9MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約1.7wt%の水素を吸蔵した。その後、150℃の温度下で、ロータリーポンプにより水素を排気したところ、吸蔵した水素のほぼ全量を放出した。続いて、水素の吸蔵・放出を、上記同様に合計10サイクル行った。2〜10サイクル目の水素吸蔵量は、1サイクル目とほぼ同量であった。また、いずれのサイクルでも、150℃の温度下で、吸蔵した水素のほぼ全量を放出した。
(a)Ca0.5(Si0.5Ge0.5)0.5の製造
約1.3gのCa粒(純度99.5%)と、約0.5gのSi粉末(純度99.999%)と、約1.2gのGe粉末(純度99.9%)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。さらに、アルゴンガス雰囲気にて950℃、30時間の熱処理を施した後、水冷し、インゴットを得た。得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.5(Si0.5Ge0.5)0.5を得た。
製造したCa0.5(Si0.5Ge0.5)0.5を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度100℃、水素圧力9.5MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約1.5wt%の水素を吸蔵した。その後、150℃の温度下で、ロータリーポンプにより水素を排気したところ、吸蔵した水素のほぼ全量を放出した。続いて、水素の吸蔵・放出を、上記同様に合計10サイクル行った。2〜10サイクル目の水素吸蔵量は、1サイクル目とほぼ同量であった。また、いずれのサイクルでも、150℃の温度下で、吸蔵した水素のほぼ全量を放出した。
(a)(Ca0.8Li0.2)0.53Si0.47の製造
約1.1gのCa粒(純度99.5%)と、約0.85gのSi粉末(純度99.999%)と、約0.05gのLi粒(純度99%以上)とを混合し、アルゴンガス雰囲気の加熱炉にて1000℃に加熱し、5分間保持した。その後、水冷し、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状の(Ca0.8Li0.2)0.53Si0.47を得た。
製造した(Ca0.8Li0.2)0.53Si0.47を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度250℃、水素圧力9MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約2.2wt%の水素を吸蔵した。その後、250℃の温度下で、ロータリーポンプにより水素を排気したところ、吸蔵した水素のほぼ全量を放出した。これより、本発明の水素吸蔵材料である(Ca0.8Li0.2)0.53Si0.47は、活性化処理を行わなくても、多量の水素を吸蔵・放出可能であることが確認できた。
(a)(Ca0.47Li0.53)0.47Si0.53の製造
約0.7gのCa粒(純度99.5%)と、約1.2gのSi粉末(純度99.999%)と、約0.1gのLi粒(純度99%以上)とを混合し、アルゴンガス雰囲気の加熱炉にて1000℃に加熱し、3分間保持した。その後、水冷し、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状の(Ca0.47Li0.53)0.47Si0.53を得た。
製造した(Ca0.47Li0.53)0.47Si0.53を、水素加圧チャンバーに入れ、温度300℃、水素圧力9MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約2.5wt%の水素を吸蔵した。その後、300℃の温度下で、ロータリーポンプにより水素を排気したところ、吸蔵した水素のほぼ全量を放出した。これより、本発明の水素吸蔵材料である(Ca0.47Li0.53)0.47Si0.53は、多量の水素を吸蔵・放出可能であることが確認できた。
(a)Ca0.5(Si0.8Ag0.2)0.5の製造
約1.4gのCa粒(純度99.5%)と、約0.8gのSi粉末(純度99.999%)と、約0.8gのAg粉末(純度99.9%)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。さらに、アルゴンガス雰囲気にて660℃、24時間の熱処理を施した後、水冷し、インゴットを得た。得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.5(Si0.8Ag0.2)0.5を得た。
製造したCa0.5(Si0.8Ag0.2)0.5を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度150℃、水素圧力9MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約1.5wt%の水素を吸蔵した。その後、200℃の温度下で、ロータリーポンプにより水素を排気したところ、吸蔵した水素のほぼ全量を放出した。これより、本発明の水素吸蔵材料であるCa0.5(Si0.8Ag0.2)0.5は、活性化処理を行わなくても水素を吸蔵・放出可能であることが確認できた。また、動作温度は比較的低いことが確認できた。
(a)Ca0.5(Si0.5Ag0.5)0.5の製造
約1.1gのCa粒(純度99.5%)と、約0.4gのSi粉末(純度99.999%)と、約1.5gのAg粉末(純度99.9%)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。さらに、アルゴンガス雰囲気にて660℃、30時間の熱処理を施した後、水冷し、インゴットを得た。得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.5(Si0.5Ag0.5)0.5を得た。
製造したCa0.5(Si0.5Ag0.5)0.5を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度150℃、水素圧力9MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約1.2wt%の水素を吸蔵した。これより、本発明の水素吸蔵材料であるCa0.5(Si0.5Ag0.5)0.5は、活性化処理を行わなくても、比較的低温で水素を吸蔵できることが確認できた。
(a)Ca0.5(Si0.7Ni0.3)0.5の製造
約1.6gのCa粒(純度99.5%)と、約0.8gのSi粉末(純度99.999%)と、約0.7gのNi粉末(純度99.9%)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。急冷した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.5(Si0.7Ni0.3)0.5を得た。
製造したCa0.5(Si0.7Ni0.3)0.5を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度80℃、水素圧力9.5MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約2.2wt%の水素を吸蔵した。その後、200℃の温度下で、ロータリーポンプにより水素を排気したところ、吸蔵した水素のほぼ全量を放出した。これより、本発明の水素吸蔵材料であるCa0.5(Si0.7Ni0.3)0.5は、活性化処理を行わなくても水素を吸蔵・放出可能であることが確認できた。また、水素の吸蔵温度は極めて低く、水素吸蔵量も大きいことが確認できた。
(a)Ca0.5(Si0.3Ni0.7)0.5の製造
約1.3gのCa粒(純度99.5%)と、約0.3gのSi粉末(純度99.999%)と、約1.4gのNi粉末(純度99.9%)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。自然冷却した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.5(Si0.3Ni0.7)0.5を得た。
製造したCa0.5(Si0.3Ni0.7)0.5を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度150℃、水素圧力9MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約1wt%の水素を吸蔵した。これより、本発明の水素吸蔵材料であるCa0.5(Si0.3Ni0.7)0.5は、活性化処理を行わなくても、比較的低温で水素を吸蔵できることが確認できた。
(a)Ca0.4Ti0.1Si0.5の製造
約2.3gのCa粒(純度99.5%)と、約2gのSi粉末(純度99.999%)と、約0.7gのTi粉末(純度99.9%)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。自然冷却した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.4Ti0.1Si0.5を得た。
製造したCa0.4Ti0.1Si0.5を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度200℃、水素圧力9MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約1.4wt%の水素を吸蔵した。これより、本発明の水素吸蔵材料であるCa0.4Ti0.1Si0.5は、活性化処理を行わなくても、比較的低温で水素を吸蔵できることが確認できた。
(a)Ca0.4V0.1Si0.5の製造
約2.3gのCa粒(純度99.5%)と、約2gのSi粉末(純度99.999%)と、約0.7gのV粉末(純度99.9%)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。自然冷却した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.4V0.1Si0.5を得た。
製造したCa0.4V0.1Si0.5を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度200℃、水素圧力9MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約1.3wt%の水素を吸蔵した。これより、本発明の水素吸蔵材料であるCa0.4V0.1Si0.5は、活性化処理を行わなくても、比較的低温で水素を吸蔵できることが確認できた。
(a)Ca0.4Mg0.1Si0.5の製造
約2.5gのCa粒(純度99.5%)と、約2.2gのSi粉末(純度99.999%)と、約0.4gのMg粉末(純度99.9%)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。自然冷却した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.4Mg0.1Si0.5を得た。
製造したCa0.4Mg0.1Si0.5を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度150℃、水素圧力9MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約1.7wt%の水素を吸蔵した。これより、本発明の水素吸蔵材料であるCa0.4Mg0.1Si0.5は、活性化処理を行わなくても、比較的低温で水素を吸蔵できることが確認できた。
(a)Ca0.5Si0.4Fe0.1の製造
約2.7gのCa粒(純度99.5%)と、約1.5gのSi粉末(純度99.999%)と、約0.7gのFe粉末(純度99.9%)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。自然冷却した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.5Si0.4Fe0.1を得た。
製造したCa0.5Si0.4Fe0.1を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度200℃、水素圧力9MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約1.4wt%の水素を吸蔵した。これより、本発明の水素吸蔵材料であるCa0.5Si0.4Fe0.1は、活性化処理を行わなくても、比較的低温で水素を吸蔵できることが確認できた。
(a)Ca0.46(Si0.8C0.2)0.54の製造
約0.9gのCa粒(純度99.5%)と、約0.6gのSi粉末(純度99.999%)と、約0.06gのC粉末(純度99%以上)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。自然冷却した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.46(Si0.8C0.2)0.54を得た。
製造したCa0.46(Si0.8C0.2)0.54を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度120℃、水素圧力9MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約2.2wt%の水素を吸蔵した。その後、200℃の温度下で、ロータリーポンプにより水素を排気したところ、吸蔵した水素のほぼ全量を放出した。これより、本発明の水素吸蔵材料であるCa0.46(Si0.8C0.2)0.54は、活性化処理を行わなくても水素を吸蔵・放出可能であることが確認できた。また、動作温度は比較的低いことが確認できた。
(a)Ca0.55(Si0.7B0.3)0.45の製造
約1gのCa粒(純度99.5%)と、約0.4gのSi粉末(純度99.999%)と、約0.1gのB粉末(純度99%以上)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。自然冷却した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.55(Si0.7B0.3)0.45を得た。
製造したCa0.55(Si0.7B0.3)0.45を、水素加圧チャンバーに入れ、活性化処理を行わずに、温度120℃、水素圧力9MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、約2.1wt%の水素を吸蔵した。その後、200℃の温度下で、ロータリーポンプにより水素を排気したところ、吸蔵した水素のほぼ全量を放出した。これより、本発明の水素吸蔵材料であるCa0.55(Si0.7B0.3)0.45は、活性化処理を行わなくても水素を吸蔵・放出可能であることが確認できた。また、動作温度は比較的低いことが確認できた。
(a)Ca0.59Si0.41の製造
約1.7gのCa粒(純度99.5%)と、約0.8gのSi片(純度99.999%)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。自然冷却した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.59Si0.41を得た。
製造したCa0.59Si0.41を、水素加圧チャンバーに入れ、温度200℃、水素圧力8MPaの条件で水素を吸蔵させた。その後、300℃の温度下で水素を放出させた。Ca0.59Si0.41について、水素吸蔵放出処理の前後でX線回折測定を行った。水素吸蔵放出処理の前では、Ca5Si3相とCaSi相とが観測された。一方、水素吸蔵放出処理の後では、CaSi相のみが観測された。つまり、上記水素吸蔵放出処理により、CaSi相の体積割合が増加した。
(a)Ca0.5(Si0.8Ag0.2)0.5の製造
約1.4gのCa粒(純度99.5%)と、約0.8gのSi粉末(純度99.999%)と、約0.8gのAg粉末(純度99.9%)とを混合し、アルゴンガス雰囲気にて高周波溶解した。自然冷却した後、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状のCa0.5(Si0.8Ag0.2)0.5を得た。
製造したCa0.5(Si0.8Ag0.2)0.5を、水素加圧チャンバーに入れ、温度200℃、水素圧力8MPaの条件で水素を吸蔵させた。その後、200℃の温度下で水素を放出させた。Ca0.5(Si0.8Ag0.2)0.5について、水素吸蔵放出処理の前後でX線回折測定を行った。水素吸蔵放出処理の前では、CrB型結晶構造を有するCa(Si,Ag)相が約68%であったのに対し、水素吸蔵放出処理の後では、同相が約85%となった。つまり、上記水素吸蔵放出処理により、Ca(Si,Ag)相の体積割合が増加した。
(a)(Ca0.5Li0.5)0.5Si0.5の製造
約0.6gのCa粒(純度99.5%)と、約0.8gのSi粉末(純度99.999%)と、約0.1gのLi粒(純度99%以上)とを混合し、アルゴンガス雰囲気の加熱炉にて1000℃に加熱し、5分間保持した。その後、水冷し、得られたインゴットをアルゴンガスで満たされたグローブボックス内で粉砕し、粉末状の(Ca0.5Li0.5)0.5Si0.5を得た。
製造した(Ca0.5Li0.5)0.5Si0.5を、水素加圧チャンバーに入れ、温度350℃、水素圧力7MPaの条件で水素を吸蔵させた。その後、350℃の温度下で真空排気して水素を放出させた。(Ca0.5Li0.5)0.5Si0.5について、水素吸蔵放出処理の前後でX線回折測定を行った。水素吸蔵放出処理の前では、Ca1.65Li1.85Si4相とCaLiSi2相とが観測された。一方、水素吸蔵放出処理の後では、CaLiSi2相のみが観測された。つまり、上記水素吸蔵放出処理により、CaLiSi2相の体積割合が増加した。
CaSi粉末と、粒径数μmのNi粉末とを、モル比でCaSi:Ni=1:0.1の割合で、遊星ボールミルP−5(フリッチュ社製)の処理容器に入れ密閉した。処理容器内をアルゴンガス雰囲気とした後、メカニカルミリング処理を行った。メカニカルミリング処理は、モーター回転速度300rpmにて、3時間行った。その後、アルゴンガス雰囲気中で、処理容器から混合粉末を取り出し、該混合粉末に温度150℃、水素圧力7MPaの条件で水素を吸蔵させた。その結果、最大水素吸蔵量に対する吸蔵開始90秒後の水素吸蔵量の割合は0.57となった。これに対して、CaSi粉末のみを上記同様にメカニカルミリング処理したものの同割合は0.46であった。これより、Ni粉末をメカニカルミリング処理により混合することで、CaSiの水素吸蔵速度が向上したことがわかる。
Claims (13)
- 組成式(Ca1-xAx)1-z(Si1-yBy)z{Aは、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、3〜6族元素、Ni、Au、In、Tl、Sn、Fe、Co、Cu、Agから選ばれる少なくとも一種、Bは、7〜17族元素、希土類元素、Hf、Beから選ばれる少なくとも一種、0≦x<1、0≦y<1、0.38≦z≦0.58}で表される水素吸蔵材料。
- 組成式Ca1-z(Si1-yBy)z{Bは、7〜17族元素、希土類元素、Hf、Beから選ばれる少なくとも一種、0<y<1、0.38≦z≦0.58}で表される請求項1に記載の水素吸蔵材料。
- 組成式Ca1-z(Si1-yBy)z{Bは、CuおよびZnのいずれか一種以上、0<y<1、0.38≦z≦0.58}で表される請求項1に記載の水素吸蔵材料。
- 組成式(Ca1-xAx)1-zSiz{Aは、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、3〜6族元素、Ni、Au、In、Tl、Sn、Fe、Co、Cu、Agから選ばれる少なくとも一種、0<x<1、0.38≦z≦0.58}で表される請求項1に記載の水素吸蔵材料。
- 組成式(Ca1-xAx)1-zSiz{Aは、希土類元素から選ばれる少なくとも一種、0<x<1、0.38≦z≦0.58}で表される請求項1に記載の水素吸蔵材料。
- 組成式Ca1-zSiz(0.38≦z≦0.58)で表される請求項1に記載の水素吸蔵材料。
- CrB型結晶構造を有する化合物相を主相とする請求項1に記載の水素吸蔵材料。
- FeB型結晶構造を有する化合物相を主相とする請求項1に記載の水素吸蔵材料。
- 請求項1に記載の水素吸蔵材料に対して、室温〜400℃の温度下で水素を吸蔵、放出させる水素吸蔵放出処理を行うことで、該水素吸蔵材料に含まれる特定の化合物相の体積割合を調整する水素吸蔵材料の化合物相調整方法。
- 前記特定の化合物相は、CrB型結晶構造を有する化合物相である請求項9に記載の水素吸蔵材料の化合物相調整方法。
- 前記特定の化合物相は、FeB型結晶構造を有する化合物相である請求項9に記載の水素吸蔵材料の化合物相調整方法。
- CaSi化合物に、3〜12族元素から選ばれる一種以上の金属を機械的エネルギーを加えながら混合することで、該CaSi化合物の水素吸蔵速度を向上させる水素吸蔵速度向上方法。
- 前記金属はNiである請求項12に記載の水素吸蔵速度向上方法。
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