JP2007117989A - Hydrogen storage material and its production method - Google Patents

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Shinichi Towata
真一 砥綿
Masakazu Aoki
正和 青木
Tatsuo Noritake
達夫 則竹
Kazutoshi Miwa
和利 三輪
Nobuko Oba
伸子 大庭
Shinichi Orimo
慎一 折茂
Hiroko Nakamori
裕子 中森
Akihito Ninomiya
彬仁 二宮
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Tohoku University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the decomposition of a hydrogen storage material caused by its contact with water and deterioration in its hydrogen storage or discharge properties, and to reduce the discharge starting temperature of hydrogen in the hydrogen storage material. <P>SOLUTION: The hydrogen storage material comprises one or more kinds of first hydrides including an M<SB>1</SB>element(s), boron and hydrogen, and one or more kinds of first chlorides including an M<SB>2</SB>element(s); wherein, the M<SB>1</SB>element(s) and M<SB>2</SB>element(s) are at least one or more kinds of elements selected from Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, Ni, Y and rare earth elements, respectively. The production method uses the same. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素貯蔵材料及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a hydrogen storage material and a method for producing the same.

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向けて、水素を安全、かつ、効率的に貯蔵、輸送する技術の開発が重要となる。水素の貯蔵方法にはいくつかの候補があるが、中でも可逆的に水素を貯蔵・放出することのできる水素貯蔵材料を用いる方法は、最も安全に水素を貯蔵・輸送する手段と考えられており、燃料電池車に搭載する水素貯蔵媒体として期待されている。   In recent years, hydrogen energy has attracted attention as a clean alternative energy because of environmental problems such as global warming caused by carbon dioxide emissions and energy problems such as the depletion of petroleum resources. For the practical application of hydrogen energy, it is important to develop technologies for storing and transporting hydrogen safely and efficiently. There are several candidates for hydrogen storage methods. Among them, methods using hydrogen storage materials that can store and release hydrogen reversibly are considered the safest means of storing and transporting hydrogen. It is expected as a hydrogen storage medium mounted on fuel cell vehicles.

水素貯蔵材料としては、活性炭、フラーレン、ナノチューブ等の炭素材料や、LaNi、TiFe等の水素吸蔵合金が知られている。これらの内、水素吸蔵合金は、炭素材料に比べて単位体積当たりの水素密度が高いので、水素を貯蔵・輸送するための水素貯蔵材料として有望視されている。
しかしながら、LaNi5、TiFe等の水素吸蔵合金は、La、Ni、Ti等の希少金属を含んでいるため、その資源確保が困難であり、コストも高いという問題がある。また、従来の水素吸蔵合金は、合金自体の重量が大きいために、単位重量当たりの水素密度が小さい、すなわち、大量の水素を貯蔵するためには極めて重い合金を必要とするという問題がある。
Known hydrogen storage materials include carbon materials such as activated carbon, fullerene, and nanotubes, and hydrogen storage alloys such as LaNi 5 and TiFe. Among these, hydrogen storage alloys are promising as hydrogen storage materials for storing and transporting hydrogen because they have a higher hydrogen density per unit volume than carbon materials.
However, since hydrogen storage alloys such as LaNi 5 and TiFe contain rare metals such as La, Ni, and Ti, there are problems that it is difficult to secure resources and the cost is high. In addition, the conventional hydrogen storage alloy has a problem that since the weight of the alloy itself is large, the hydrogen density per unit weight is small, that is, an extremely heavy alloy is required to store a large amount of hydrogen.

そこでこの問題を解決するために、軽元素を含む水素貯蔵材料の開発が試みられている。これまでに開発されている軽元素を含む水素貯蔵材料としては、
(1) LiNH2、LiBH4等のリチウム(Li)を含む錯体水素化物(例えば、特許文献1、非特許文献1等参照)、
(2) NaAlH4等のナトリウム(Na)を含む錯体水素化物、
(3) Mg(NH2)2等のマグネシウム(Mg)を含む錯体水素化物、
などが知られている。
また、単相の金属間化合物ではなく、複数の相を複合化させることによって、水素吸蔵量を増大させたり、あるいは、水素の吸蔵・放出温度を低下させる試みがなされている。軽元素を含み、かつ、複数の相の複合体からなる水素貯蔵材料としては、LiNH2+LiH、LiBH4+MgH2などが知られている。
また、非特許文献2には、LiNH2+LiHの複合体が分解して水素を放出する際の反応メカニズムが提案されている。同文献には、LiNH2の分解によってNH3が放出され、放出されたNH3がLiHと速やかに反応し、水素が生成すると考えられる点、及び、複合体が相対的に低温で水素を放出するのは、LiHとLiNH2との間の相互作用によると考えられる点、が記載されている。
In order to solve this problem, attempts have been made to develop hydrogen storage materials containing light elements. As hydrogen storage materials containing light elements that have been developed so far,
(1) Complex hydrides containing lithium (Li) such as LiNH 2 and LiBH 4 (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1),
(2) Complex hydride containing sodium (Na) such as NaAlH 4 ,
(3) a complex hydride containing magnesium (Mg) such as Mg (NH 2 ) 2 ;
Etc. are known.
Attempts have been made to increase the hydrogen storage amount or lower the hydrogen storage / release temperature by combining a plurality of phases instead of a single-phase intermetallic compound. LiNH 2 + LiH, LiBH 4 + MgH 2 and the like are known as a hydrogen storage material containing a light element and composed of a composite of a plurality of phases.
Non-Patent Document 2 proposes a reaction mechanism when a complex of LiNH 2 + LiH is decomposed to release hydrogen. In this document, it is considered that NH 3 is released by decomposition of LiNH 2 , and the released NH 3 reacts quickly with LiH to generate hydrogen, and the complex releases hydrogen at a relatively low temperature. It is described that this is thought to be due to the interaction between LiH and LiNH 2 .

特表2002−526658号公報Japanese translation of PCT publication No. 2002-526658 P.Chen、他4名、"Interaction of hydrogen with metal nitrides and imides"、「Nature」、2002年、vol.420/21、p.302-304P. Chen, 4 others, "Interaction of hydrogen with metal nitrides and imides", "Nature", 2002, vol.420 / 21, p.302-304 T.Ichikawa et al., J.Phys.Chem.B, 2004, 108, 7887-7892T. Ichikawa et al., J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 7887-7892

軽元素を含む錯体水素化物は、相対的に重量が軽く、資源確保も比較的容易であり、相対的に低コストである。しかしながら、従来知られている錯体水素化物は、熱的に過度に安定であり、水素を取り出しにくいという欠点をもつ。
また、錯体水素化物は、水と接触すると加水分解し、水素を放出すると同時に、酸化物又は水酸化物を形成しやすい。この傾向は、錯体水素化物が熱的に不安定になるほど(すなわち、水素を放出しやすい錯体水素化物であるほど)、顕著となる。錯体水素化物と水との意図しない接触は、意図しない水素の放出(すなわち、水素ロス)を招く。また、錯体水素化物の酸化又は水酸化は、水素の再吸蔵を極めて困難にさせる原因となる。
Complex hydrides containing light elements are relatively light in weight, relatively easy to secure resources, and relatively low in cost. However, conventionally known complex hydrides have the disadvantage that they are thermally excessively stable and difficult to extract hydrogen.
Further, the complex hydride is easily hydrolyzed when it comes into contact with water, releasing hydrogen, and at the same time, easily forms an oxide or hydroxide. This tendency becomes more prominent as the complex hydride becomes thermally unstable (that is, the more complex hydride is likely to release hydrogen). Unintentional contact between the complex hydride and water results in unintended hydrogen release (ie, hydrogen loss). Further, the oxidation or hydroxylation of the complex hydride causes the re-occlusion of hydrogen to be extremely difficult.

本発明が解決しようとする課題は、水との接触に起因する水素貯蔵材料の分解を抑制することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、水との接触に起因する水素貯蔵材料の水素吸蔵・放出特性の劣化を抑制することにある。
さらに、本発明が解決しようとする他の課題は、水素貯蔵材料を熱的に不安定化させ、水素の放出開始温度を低下させることにある。
The problem to be solved by the present invention is to suppress decomposition of the hydrogen storage material due to contact with water.
Another problem to be solved by the present invention is to suppress deterioration of the hydrogen storage / release characteristics of the hydrogen storage material due to contact with water.
Furthermore, another problem to be solved by the present invention is to thermally destabilize the hydrogen storage material and lower the hydrogen release start temperature.

本発明に係る水素貯蔵材料は、M1元素、ホウ素及び水素を含む1種又は2種以上の第1の水素化物と、M2元素を含む1種又は2種以上の第1の塩化物とを含む。但し、前記M1元素及び前記M2元素は、それぞれ、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種以上の元素である。
また、本発明に係る水素貯蔵材料の製造方法の1番目は、M3元素、ホウ素及び水素を含む1種又は2種以上の第2の水素化物と、M4元素を含む1種又は2種以上の第2の塩化物とを配合する配合工程と、該配合工程で得られた配合物を、機械的エネルギーを与えながら混合する混合粉砕工程とを備えている。但し、前記M3元素及び前記M4元素は、それぞれ、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種以上の元素である。
さらに、本発明に係る水素貯蔵材料の製造方法の2番目は、M7元素、ホウ素及び水素からなる1種又は2種以上の第4の水素化物と、M8元素を含む1種又は2種以上の第4の塩化物とを溶媒中に溶解させ、前記溶媒中において、前記第4の水素化物と前記第4の塩化物とを反応させる反応工程と、前記溶媒の全部又は一部を除去する溶媒除去工程とを備えている。但し、前記M7元素は、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種以上の元素である。また、前記M8元素は、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種以上の元素であって、前記M7元素とは異なる元素を含む。
The hydrogen storage material according to the present invention includes one or more first hydrides containing M 1 element, boron and hydrogen, and one or more first chlorides containing M 2 element, including. However, the M 1 element and the M 2 element are Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, respectively. , Ni, Y, and at least one element selected from rare earth elements.
The first method for producing a hydrogen storage material according to the present invention includes one or more second hydrides containing M 3 element, boron and hydrogen, and one or two kinds containing M 4 element. A blending step of blending the second chloride described above, and a mixing and grinding step of mixing the blend obtained in the blending step while providing mechanical energy. However, the M 3 element and the M 4 element are Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, respectively. , Ni, Y, and at least one element selected from rare earth elements.
Further, the second method for producing the hydrogen storage material according to the present invention is one or two kinds including one or more fourth hydrides composed of M 7 element, boron and hydrogen, and M 8 element. The above-mentioned fourth chloride is dissolved in a solvent, the reaction step of reacting the fourth hydride and the fourth chloride in the solvent, and all or part of the solvent is removed. And a solvent removing step. However, the M 7 element is Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, Ni, Y, and rare earth. It is at least one element selected from elements. The M 8 element includes Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, Ni, Y, and rare earth. It contains at least one element selected from elements that is different from the M 7 element.

所定の比率で配合された第2の水素化物と第2の塩化物とを、機械的エネルギーを加えながら混合すると、出発原料の混合及び粉砕が進行すると同時に、両者が反応し又は反応することなく、微細な第1の水素化物と微細な第1の塩化物とが均一に分散している水素貯蔵材料が得られる。同様に、所定の比率で配合された第4の水素化物と第4の塩化物とを溶媒中に溶解させ、これらを反応させると、微細な第1の水素化物と微細な第1の塩化物とが均一に分散している水素貯蔵材料が得られる。
得られた水素貯蔵材料は、第1の塩化物によって第1の水素化物が分解促進物質である水から保護されるので、水との接触に起因する特性劣化が抑制される。また、第1の塩化物の組成を最適化すると、第1の水素化物が熱的に不安定となり、水素の放出開始温度が低下する。
When the second hydride and the second chloride compounded at a predetermined ratio are mixed while applying mechanical energy, mixing and pulverization of the starting materials proceed and at the same time, both do not react or react. Thus, a hydrogen storage material in which the fine first hydride and the fine first chloride are uniformly dispersed is obtained. Similarly, when the fourth hydride and the fourth chloride compounded in a predetermined ratio are dissolved in a solvent and reacted with each other, the fine first hydride and the fine first chloride are reacted. Thus, a hydrogen storage material in which is uniformly dispersed can be obtained.
In the obtained hydrogen storage material, the first hydride is protected from water, which is a decomposition promoting substance, by the first chloride, so that deterioration of characteristics due to contact with water is suppressed. In addition, when the composition of the first chloride is optimized, the first hydride becomes thermally unstable, and the hydrogen release start temperature decreases.

以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
本発明に係る水素貯蔵材料は、M1元素、ホウ素及び水素を含む1種又は2種以上の第1の水素化物と、M2元素を含む1種又は2種以上の第1の塩化物とを含む。
本発明において、「水素貯蔵材料」とは、貯蔵した水素を放出することができるものをいう。水素貯蔵材料は、水素を放出した後、水素を再吸蔵可能なものであっても良い。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
The hydrogen storage material according to the present invention includes one or more first hydrides containing M 1 element, boron and hydrogen, and one or more first chlorides containing M 2 element, including.
In the present invention, “hydrogen storage material” refers to a material capable of releasing stored hydrogen. The hydrogen storage material may be capable of re-storing hydrogen after releasing the hydrogen.

「第1の水素化物」とは、M1元素又はそのイオンの回りに水素を含む分子又はイオンが結合した化合物(すなわち、錯体水素化物)であって、M1元素、ホウ素及び水素を含むものをいう。
錯体水素化物を構成する陰イオンは、特に限定されるものではないが、具体的には、[BH4]-、[B1212]2-などがある。
1元素は、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素(La〜Lu)から選ばれる少なくとも一種以上の元素からなる。
The “first hydride” is a compound in which a molecule or ion containing hydrogen is bound around the M 1 element or its ion (that is, a complex hydride), which contains the M 1 element, boron and hydrogen. Say.
The anion constituting the complex hydride is not particularly limited, and specific examples include [BH 4 ] and [B 12 H 12 ] 2− .
M 1 elements include Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, Ni, Y, and rare earth elements (La ~ Lu) at least one element selected from.

第1の水素化物としては、具体的には、LiBH4、NaBH4、Zn(BH4)2、Ti(BH4)3、Zr(BH4)4、(Mg0.5Li0.5)(BH4)1.5、(Zn、Na)BH4などがある。水素貯蔵材料には、これらのいずれか1種の第1の水素化物が含まれていても良く、あるいは、2種以上が含まれていても良い。また、水素貯蔵材料に2種以上の第1の水素化物が含まれる場合、その比率は、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。 Specifically, as the first hydride, LiBH 4 , NaBH 4 , Zn (BH 4 ) 2 , Ti (BH 4 ) 3 , Zr (BH 4 ) 4 , (Mg 0.5 Li 0.5 ) (BH 4 ) 1.5 , (Zn, Na) BH 4 and the like. Any one of these first hydrides may be included in the hydrogen storage material, or two or more thereof may be included. Moreover, when 2 or more types of 1st hydrides are contained in a hydrogen storage material, the ratio is not specifically limited, It can select arbitrarily according to the objective.

「第1の塩化物」とは、M2元素を含む塩化物をいう。
2元素は、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素(La〜Lu)から選ばれる少なくとも一種以上の元素からなる。第1の塩化物に含まれるM2元素は、第1の水素化物に含まれるM1元素と同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。また、M2元素とM1元素の組み合わせも特に限定されるものではなく、任意に選択することができる。
“First chloride” refers to a chloride containing M 2 element.
M 2 elements include Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, Ni, Y, and rare earth elements (La ~ Lu) at least one element selected from. The M 2 element contained in the first chloride may be the same as or different from the M 1 element contained in the first hydride. Further, the combination of the M 2 element and the M 1 element is not particularly limited, and can be arbitrarily selected.

第1の塩化物としては、具体的には、NaCl、LiCl、ZnCl2、ZrCl4、TiCl3、MgCl2、(Mg0.25Li0.75)Cl1.25、(Zn、Na)Clなどがある。水素貯蔵材料には、これらのいずれか1種の第1の塩化物が含まれていても良く、あるいは、2種以上が含まれていても良い。また、水素貯蔵材料に2種以上の第1の塩化物が含まれる場合、その比率は、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。 Specific examples of the first chloride include NaCl, LiCl, ZnCl 2 , ZrCl 4 , TiCl 3 , MgCl 2 , (Mg 0.25 Li 0.75 ) Cl 1.25 , (Zn, Na) Cl, and the like. The hydrogen storage material may contain any one of these first chlorides, or may contain two or more. Moreover, when 2 or more types of 1st chloride is contained in a hydrogen storage material, the ratio is not specifically limited, It can select arbitrarily according to the objective.

第1の水素化物と第1の塩化物の混合比は、特に限定されるものではない。一般に、第1の塩化物の混合比が大きくなるほど、第1の塩化物が持つ保護作用又は触媒作用が高くなる。一方、第2の塩化物の混合比が大きくなりすぎると、水素貯蔵材料全体に含まれる水素量が減少し、単位重量あたりの水素密度が低下する。
相対的に高い保護作用又は触媒作用と、相対的に高い水素密度を得るためには、第1の水素化物と第1の塩化物の混合比(x=第1の塩化物のモル量/第1の水素化物のモル量)は、0.005≦x≦5.0が好ましい。
The mixing ratio of the first hydride and the first chloride is not particularly limited. In general, the higher the mixing ratio of the first chloride, the higher the protective action or catalytic action of the first chloride. On the other hand, if the mixing ratio of the second chloride is too large, the amount of hydrogen contained in the entire hydrogen storage material is reduced, and the hydrogen density per unit weight is reduced.
In order to obtain a relatively high protection or catalysis and a relatively high hydrogen density, the mixing ratio of the first hydride and the first chloride (x = molar amount of the first chloride / first The molar amount of 1 hydride is preferably 0.005 ≦ x ≦ 5.0.

本発明に係る水素貯蔵材料は、上述した一種又は二種以上の第1の水素化物と、一種又は二種以上の第2の塩化物が均一に分散した状態になっている。第1の水素化物及び第2の塩化物の粒径は、特に限定されるものではないが、一般に、これらの粒径が小さくなるほど、水素放出特性に優れた水素貯蔵材料となる。   The hydrogen storage material according to the present invention is in a state in which the above-described one or more first hydrides and one or more second chlorides are uniformly dispersed. The particle sizes of the first hydride and the second chloride are not particularly limited, but in general, the smaller the particle size, the better the hydrogen storage material with excellent hydrogen release characteristics.

次に、本発明に係る水素貯蔵材料の製造方法について説明する。
本発明の第1の実施の形態に係る水素貯蔵材料の製造方法は、配合工程と、混合粉砕工程とを備えている。
配合工程は、M元素、ホウ素及び水素を含む1種又は2種以上の第2の水素化物と、M4元素を含む1種又は2種以上の第2の塩化物とを配合する工程である。
Next, the manufacturing method of the hydrogen storage material which concerns on this invention is demonstrated.
The method for producing a hydrogen storage material according to the first embodiment of the present invention includes a blending step and a mixing and grinding step.
Combining step, M 3 element, boron and one or more second hydride containing hydrogen, in the step of mixing the one or more second chloride containing M 4 element is there.

第2の水素化物は、M1元素に代えて、M3元素を含む点以外は、第1の水素化物と同様の構成を有している。出発原料である第2の水素化物は、最終生成物である水素貯蔵材料に含まれる第1の水素化物と同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。 Second hydride, instead of the M 1 element, except that it includes an M 3 element has the same configuration as the first hydride. The second hydride as the starting material may be the same as or different from the first hydride contained in the hydrogen storage material as the final product.

すなわち、「第2の水素化物」とは、M3元素又はそのイオンの回りに水素を含む分子又はイオンが結合した化合物(すなわち、錯体水素化物)であって、M3元素、ホウ素及び水素を含むものをいう。
錯体水素化物を構成する陰イオンは、特に限定されるものではないが、具体的には、[BH4]-、[B1212]2-などがある。
3元素は、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素(La〜Lu)から選ばれる少なくとも一種以上の元素からなる。
That is, the “second hydride” is a compound in which a molecule or ion containing hydrogen is bonded around the M 3 element or its ion (that is, a complex hydride), and the M 3 element, boron and hydrogen are combined. This includes things.
The anion constituting the complex hydride is not particularly limited, and specific examples include [BH 4 ] and [B 12 H 12 ] 2− .
M 3 elements include Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, Ni, Y, and rare earth elements (La ~ Lu) at least one element selected from.

第2の水素化物としては、具体的には、LiBH4、NaBH4、Zn(BH4)2、Ti(BH4)3、Zr(BH4)4、(Mg0.5Li0.5)(BH4)1.5、(Zn、Na)BH4などがある。出発原料には、これらのいずれか1種の第2の水素化物が含まれていても良く、あるいは、2種以上が含まれていても良い。また、出発原料に2種以上の第2の水素化物が含まれる場合、その比率は、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。 Specific examples of the second hydride include LiBH 4 , NaBH 4 , Zn (BH 4 ) 2 , Ti (BH 4 ) 3 , Zr (BH 4 ) 4 , (Mg 0.5 Li 0.5 ) (BH 4 ). 1.5 , (Zn, Na) BH 4 and the like. The starting material may contain any one of these second hydrides, or may contain two or more. Moreover, when 2 or more types of 2nd hydrides are contained in a starting material, the ratio is not specifically limited, According to the objective, it can select arbitrarily.

第2の塩化物は、M2元素に代えて、M4元素を含む点以外は、第1の塩化物と同様の構成を有している。出発原料である第2の塩化物は、最終生成物である水素貯蔵材料に含まれる第1の塩化物と同一であっても良く、あるいは、異なっていも良い。 The second chloride, instead of the M 2 element, except that it includes an M 4 element, has the same configuration as the first chloride. The second chloride as the starting material may be the same as or different from the first chloride contained in the hydrogen storage material as the final product.

すなわち、「第2の塩化物」とは、M4元素を含む塩化物をいう。
4元素は、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素(La〜Lu)から選ばれる少なくとも一種以上の元素からなる。第2の塩化物に含まれるM4元素は、第2の水素化物に含まれるM3元素と同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。また、M4元素とM3元素の組み合わせも特に限定されるものではなく、任意に選択することができる。
That is, the “second chloride” refers to a chloride containing the M 4 element.
M 4 elements include Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, Ni, Y, and rare earth elements (La ~ Lu) at least one element selected from. The M 4 element contained in the second chloride may be the same as or different from the M 3 element contained in the second hydride. Further, the combination of the M 4 element and the M 3 element is not particularly limited, and can be arbitrarily selected.

第2の塩化物としては、具体的には、NaCl、LiCl、ZnCl2、ZrCl4、TiCl3、MgCl2、(Mg0.25Li0.75)Cl1.25、(Zn、Na)Clなどがある。出発原料には、これらのいずれか1種の第2の塩化物が含まれていても良く、あるいは、2種以上が含まれていても良い。また、出発原料に2種以上の第2の塩化物が含まれる場合、その比率は、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。 Specific examples of the second chloride include NaCl, LiCl, ZnCl 2 , ZrCl 4 , TiCl 3 , MgCl 2 , (Mg 0.25 Li 0.75 ) Cl 1.25 , (Zn, Na) Cl, and the like. The starting material may contain any one of these second chlorides, or may contain two or more. Moreover, when 2 or more types of 2nd chloride is contained in a starting material, the ratio is not specifically limited, According to the objective, it can select arbitrarily.

出発原料である第2の水素化物及び第2の塩化物の形態は、特に限定されるものではないが、通常は、粉末を用いる。
また、出発原料として粉末を用いる場合、その粒径は、特に限定されるものではない。一般に、出発原料として粒径の細かい粉末を用いるほど、混合粉砕する際の負荷を軽減することができる。一方、必要以上に細かい粉末を出発原料として用いると、粉末表面が酸化等により被毒されるおそれがある。従って、粉末の粒径は、作業性、コスト、被毒の有無等を考慮して、最適な粒径を選択するのが好ましい。
The form of the second hydride and the second chloride which are starting materials is not particularly limited, but usually powder is used.
Moreover, when using powder as a starting material, the particle size is not specifically limited. Generally, the load at the time of mixing and pulverizing can be reduced as the powder having a smaller particle diameter is used as a starting material. On the other hand, if a finer powder than necessary is used as a starting material, the powder surface may be poisoned by oxidation or the like. Therefore, it is preferable to select an optimum particle size in consideration of workability, cost, presence / absence of poisoning, and the like.

第2の水素化物と第2の塩化物の組み合わせは、特に限定されるものではなく、作製しようとする水素貯蔵材料の組成、要求される特性等に応じて、任意に選択することができる。また、第2の水素化物と第2の塩化物の組み合わせに応じて、これらが後述する混合粉砕工程においてメカノケミカル反応する場合と、反応しない場合とがある。また、2種以上の第2の水素化物を用いる場合において、その組成によっては、これらが反応する場合もある。本発明においては、いずれの組み合わせを用いても良い。
出発原料が反応する可能性がある組み合わせとしては、具体的には、
(1) M3元素とM4元素が異なる場合、
(2) M3元素及び/又はM4元素に二種以上の元素が含まれる場合、
(3) M3元素の異なる二種以上の第2の水素化物を用いた場合、
(4) M4元素の異なる二種以上の第2の塩化物を用いた場合、
などがある。
The combination of the second hydride and the second chloride is not particularly limited, and can be arbitrarily selected according to the composition of the hydrogen storage material to be produced, the required characteristics, and the like. Further, depending on the combination of the second hydride and the second chloride, they may or may not react in a mechanochemical reaction in the mixing and pulverizing step described later. Moreover, when using 2 or more types of 2nd hydrides, these may react depending on the composition. In the present invention, any combination may be used.
Specific combinations that may react with the starting materials include:
(1) When the M 3 element and the M 4 element is different,
(2) if it contains more elements to M 3 element and / or M 4 element,
(3) When two or more second hydrides having different M 3 elements are used,
(4) When two or more second chlorides having different M 4 elements are used,
and so on.

第2の水素化物と第2の塩化物の配合比は、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。
例えば、第2の水素化物と第2の塩化物が後述する混合粉砕工程において反応しない場合、配合時の組成がほぼ維持された水素貯蔵材料が得られる。すなわち、第2の水素化物に対する第2の塩化物の配合比(y=第2の塩化物のモル量/第2の水素化物のモル量)を0.005≦y≦5.0とすると、第1の水素化物に対する第1の塩化物の混合比xが0.005≦x≦5.0である水素貯蔵材料が得られる。
一方、第2の水素化物と第2の塩化物が反応する場合において、第2の水素化物に対する第2の塩化物の配合比yが化学量論比からずれたとき、又は、反応が途中で停止したときには、反応生成物である第1の水素化物及び第1の塩化物と、未反応原料である第2の水素化物及び/又は第2の塩化物の混合物からなる水素貯蔵材料が得られる。
The compounding ratio of the second hydride and the second chloride is not particularly limited, and can be arbitrarily selected according to the purpose.
For example, when the second hydride and the second chloride do not react in the mixing and grinding step described later, a hydrogen storage material in which the composition at the time of blending is substantially maintained can be obtained. That is, when the compounding ratio of the second chloride to the second hydride (y = molar amount of the second chloride / molar amount of the second hydride) is 0.005 ≦ y ≦ 5.0, A hydrogen storage material in which the mixing ratio x of the first chloride to the first hydride is 0.005 ≦ x ≦ 5.0 is obtained.
On the other hand, when the second hydride and the second chloride react, when the compounding ratio y of the second chloride to the second hydride deviates from the stoichiometric ratio, or during the reaction When stopped, a hydrogen storage material comprising a mixture of the first hydride and first chloride as reaction products and the second hydride and / or second chloride as unreacted raw materials is obtained. .

次の、(a)〜(e)式に、反応式の一例を示す。
2NaBH4+ZnCl2→Zn(BH4)2+2NaCl ・・・(a)
2LiBH4+ZnCl2→Zn(BH4)2+2LiCl ・・・(b)
LiBH4+yMgCl2→(Mg、Li)BH4+x(Mg、Li)Cl ・・・(c)
4LiBH4+ZrCl4→Zr(BH4)4+4LiCl ・・・(d)
NaBH4+yZnCl2→(Zn、Na)BH4+x(Zn、Na)Cl ・・・(e)
例えば、(a)式に示すように、NaBH4(第2の水素化物)に対するZnCl2(第2の塩化物)の配合比yが1/2であり、かつ、(a)式の反応を完了させた場合、理想的には、Zn(BH4)2に対するNaCl(第1の塩化物)の混合比xが2である水素貯蔵材料が得られる。一方、配合比yが1/2でない場合、あるいは、(a)式の反応が途中で停止した場合、理想的には、NaCl及びZn(BH4)2に加えて、未反応の出発原料(ZnCl2及び/又はNaBH4)を含む水素貯蔵材料が得られる。他の出発原料を用いる場合も同様である。
An example of the reaction formula is shown in the following formulas (a) to (e).
2NaBH 4 + ZnCl 2 → Zn (BH 4 ) 2 + 2NaCl (a)
2LiBH 4 + ZnCl 2 → Zn (BH 4 ) 2 + 2LiCl (b)
LiBH 4 + yMgCl 2 → (Mg, Li) BH 4 + x (Mg, Li) Cl (c)
4LiBH 4 + ZrCl 4 → Zr (BH 4 ) 4 + 4LiCl (d)
NaBH 4 + yZnCl 2 → (Zn, Na) BH 4 + x (Zn, Na) Cl (e)
For example, as shown in the formula (a), the compounding ratio y of ZnCl 2 (second chloride) to NaBH 4 (second hydride) is 1/2, and the reaction of the formula (a) is performed. When completed, ideally, a hydrogen storage material having a mixing ratio x of NaCl (first chloride) to Zn (BH 4 ) 2 of 2 is obtained. On the other hand, when the blending ratio y is not 1/2 or when the reaction of the formula (a) is stopped halfway, ideally, in addition to NaCl and Zn (BH 4 ) 2 , unreacted starting materials ( A hydrogen storage material comprising ZnCl 2 and / or NaBH 4 ) is obtained. The same applies when other starting materials are used.

混合粉砕工程は、配合工程で得られた配合物を、機械的エネルギーを与えながら混合する工程である。
「機械的エネルギーを与えながら混合する」とは、回転、振動、衝撃等を用いて出発原料に機械的応力を与え、粉砕しながら均一に混合することをいう。このような処理をするための方法としては、具体的には、
(1)遊星ボールミル、回転ミル、振動ミル等の粉砕機で原料粉末を混合粉砕する方法(いわゆる、メカニカルグラインディング(MG)処理)、
(2)乳鉢で原料粉末を混合粉砕する方法
などがある。特に、MG処理は、相対的に短時間で配合物の混合粉砕を行うことができるので、処理方法として好適である。
The mixing and grinding step is a step of mixing the compound obtained in the compounding step while applying mechanical energy.
“Mixing while applying mechanical energy” refers to mixing uniformly while applying mechanical stress to the starting material using rotation, vibration, impact, or the like. As a method for performing such processing, specifically,
(1) A method of mixing and pulverizing raw material powder with a pulverizer such as a planetary ball mill, rotary mill, vibration mill, etc. (so-called mechanical grinding (MG) treatment),
(2) There is a method of mixing and pulverizing raw material powder in a mortar. In particular, MG treatment is suitable as a treatment method because the compound can be mixed and ground in a relatively short time.

混合粉砕は、出発原料の酸化を防ぐために、非酸化雰囲気下(例えば、アルゴン雰囲気下、水素雰囲気下など)で行うのが好ましい。
また、混合粉砕の処理時間は、出発原料の均一かつ微細な混合物が得られるように、又は、出発原料の反応が十分に進行するように、処理方法、出発原料の種類、形態等に応じて、最適な処理時間を選択する。一般に、処理時間が長くなるほど、出発原料が微細に粉砕されるので、粉砕された粉末が均一に分散した複合体、あるいは、未反応原料の少ない複合体が得られる。但し、必要以上の処理は、効果に差がなく、実益がない。例えば、遊星ボールミルを用いて混合粉砕する場合において、出発原料として粉末を用いる時には、処理時間は、1〜十数時間が好ましい。
The mixed pulverization is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere (for example, in an argon atmosphere, a hydrogen atmosphere, etc.) in order to prevent oxidation of the starting material.
The processing time for the mixing and pulverization depends on the processing method, the type and form of the starting material, so that a uniform and fine mixture of starting materials can be obtained, or the reaction of the starting materials can proceed sufficiently. Select the optimal processing time. In general, the longer the treatment time, the finer the starting material is pulverized, so that a composite in which the pulverized powder is uniformly dispersed or a composite with little unreacted raw material is obtained. However, the treatment more than necessary does not have a difference in effect and has no actual profit. For example, in the case of mixing and pulverizing using a planetary ball mill, when using powder as a starting material, the treatment time is preferably 1 to several tens of hours.

混合粉砕により得られた材料は、そのまま水素貯蔵材料として使用しても良く、あるいは、第1の塩化物の一部を除去して使用しても良い。
第1の塩化物を除去する方法としては、
(1) 第1の水素化物の溶解度が相対的に大きく、かつ、第1の塩化物の溶解度が相対的に小さい溶媒(例えば、エーテル、THF(テトラヒドロフラン)など)に水素貯蔵材料を溶解させ、ろ過等により上澄み液を分離し、溶媒を除去する方法、
(2) 第1の水素化物の溶解度が相対的に小さく、かつ、第1の塩化物の溶解度が相対的に大きい溶媒に水素貯蔵材料を溶解させ、ろ過等により沈殿物を分離する方法、
などがある。
また、このようにして得られた水素貯蔵材料は、粉末状態のまま使用しても良く、あるいは、これを適当な大きさに成形した圧粉体の状態で使用しても良い。水素貯蔵材料は、エーテル、THFなどの溶媒が残留しているものでも良い。さらに、粉末の表面を他の材料(例えば、銅などの熱伝導性の良い材料)からなる被膜で被覆し、これを成形して使用しても良い。この場合、被覆方法には、PVD法、CVD法などの物理的方法を用いるのが好ましい。
The material obtained by mixing and pulverization may be used as it is as a hydrogen storage material, or may be used after removing a part of the first chloride.
As a method of removing the first chloride,
(1) The hydrogen storage material is dissolved in a solvent (for example, ether, THF (tetrahydrofuran), etc.) in which the solubility of the first hydride is relatively large and the solubility of the first chloride is relatively small. A method of separating the supernatant by filtration and removing the solvent,
(2) A method in which a hydrogen storage material is dissolved in a solvent in which the solubility of the first hydride is relatively small and the solubility of the first chloride is relatively large, and the precipitate is separated by filtration or the like,
and so on.
Moreover, the hydrogen storage material obtained in this way may be used in a powder state, or may be used in a state of a green compact formed into an appropriate size. The hydrogen storage material may be one in which a solvent such as ether or THF remains. Furthermore, the surface of the powder may be coated with a film made of another material (for example, a material having good thermal conductivity such as copper) and used after being molded. In this case, it is preferable to use a physical method such as a PVD method or a CVD method as the coating method.

次に、本発明の第2の実施の形態に係る水素貯蔵材料の製造方法について説明する。
本実施の形態に係る製造方法は、配合工程と、混合粉砕工程と、分離工程と、混合工程とを備えている。これらの内、配合工程及び混合粉砕工程は、第1の実施の形態に係る製造方法と同様であるので説明を省略する。
Next, the manufacturing method of the hydrogen storage material which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated.
The manufacturing method according to the present embodiment includes a blending step, a mixing and grinding step, a separation step, and a mixing step. Among these, the blending step and the mixing and pulverizing step are the same as those in the manufacturing method according to the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

分離工程は、混合粉砕工程で得られた混合物を溶媒中に溶解させることによって、1種又は2種以上の第3の水素化物を分離・採取する工程である。
「第3の水素化物」とは、混合物に含まれる水素化物であって、M5元素、ホウ素及び水素を含む水素化物をいう。また、M5元素とは、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素(La〜Lu)から選ばれる少なくとも一種以上の元素をいう。第3の水素化物に関するその他の点については、第2の水素化物と同様であるので、説明を省略する。
第3の水素化物を分離・採取する方法としては、
(1) 第3の水素化物の溶解度が相対的に大きく、かつ、混合物に含まれる塩化物の溶解度が相対的に小さい溶媒(例えば、エーテル、THF(テトラヒドロフラン)など)に混合物を溶解させ、ろ過等により上澄み液を分離し、溶媒を除去する方法、
(2) 第3の水素化物の溶解度が相対的に小さく、かつ、混合物に含まれる塩化物の溶解度が相対的に大きい溶媒に混合物を溶解させ、ろ過等により沈殿物を分離する方法、
などがある。分離・採取した第3の水素化物には、エーテル、THFなどの溶媒が残留していても良い。また、混合物に含まれる塩化物は、完全に除去しても良く、あるいは、一部を除去しても良い。
The separation step is a step of separating and collecting one or more third hydrides by dissolving the mixture obtained in the mixing and grinding step in a solvent.
The “third hydride” is a hydride contained in a mixture and containing M 5 element, boron and hydrogen. Further, the M 5 element means Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, Ni, Y, and rare earth It means at least one element selected from elements (La to Lu). Since the other points regarding the third hydride are the same as those of the second hydride, description thereof will be omitted.
As a method of separating and collecting the third hydride,
(1) The mixture is dissolved in a solvent (for example, ether, THF (tetrahydrofuran), etc.) in which the solubility of the third hydride is relatively large and the solubility of the chloride contained in the mixture is relatively small. The method of separating the supernatant liquid by etc. and removing the solvent,
(2) A method in which the mixture is dissolved in a solvent in which the solubility of the third hydride is relatively small and the solubility of the chloride contained in the mixture is relatively large, and the precipitate is separated by filtration,
and so on. In the separated and collected third hydride, a solvent such as ether or THF may remain. Moreover, the chloride contained in the mixture may be completely removed or a part thereof may be removed.

混合工程は、1種又は2種以上の第3の塩化物を、分離・採取された第3の水素化物に加え、これらを混合する工程である。
「第3の塩化物」とは、混合物に含まれていた塩化物とは異なる塩化物であって、M6元素を含むものをいう。また、M6元素とは、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素(La〜Lu)から選ばれる少なくとも一種以上の元素をいう。第3の塩化物は、第3の水素化物と反応するものであっても良く、あるいは、反応しないものでも良い。第3の塩化物に関するその他の点については、第2の塩化物と同様であるので説明を省略する。
第3の水素化物に対する第3の塩化物の添加量は、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。また、第3の水素化物と第3の塩化物の混合は、機械的エネルギーを付与しながら混合するものであっても良く、あるいは、実質的に機械的エネルギーを付与することなく混合するものでも良い。混合方法に関するその他の点については、混合粉砕工程と同様であるので、説明を省略する。
The mixing step is a step of adding one or two or more third chlorides to the separated and collected third hydride and mixing them.
“Third chloride” refers to a chloride different from the chloride contained in the mixture and containing M 6 element. Further, the M 6 element means Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, Ni, Y, and rare earth It means at least one element selected from elements (La to Lu). The third chloride may react with the third hydride or may not react. Since the other points regarding the third chloride are the same as those of the second chloride, description thereof is omitted.
The amount of the third chloride added to the third hydride is not particularly limited and can be arbitrarily selected according to the purpose. Further, the mixing of the third hydride and the third chloride may be performed while applying mechanical energy, or may be performed without substantially applying mechanical energy. good. The other points regarding the mixing method are the same as the mixing and pulverizing step, and thus the description thereof is omitted.

次に、本発明の第3の実施の形態に係る水素貯蔵材料の製造方法について説明する。
本実施の形態に係る製造方法は、反応工程と、溶媒除去工程とを備えている。
反応工程は、M元素、ホウ素及び水素からなる1種又は2種以上の第4の水素化物と、M8元素を含む1種又は2種以上の第4の塩化物とを溶媒中に溶解させ、溶媒中において、第4の水素化物と第4の塩化物とを反応させる工程である。
Next, the manufacturing method of the hydrogen storage material which concerns on the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated.
The manufacturing method according to the present embodiment includes a reaction step and a solvent removal step.
Reaction step, dissolved M 7 element, boron and one or more fourth hydride consisting of hydrogen, and one or fourth chloride two or more including M 8 element in a solvent And a fourth hydride and a fourth chloride are reacted in a solvent.

「第4の水素化物」とは、M7元素又はそのイオンの回りに水素を含む分子又はイオンが結合した化合物(すなわち、錯体水素化物)であって、M7元素、ホウ素及び水素を含むものをいう。
錯体水素化物を構成する陰イオンは、特に限定されるものではないが、具体的には、[BH4]-、[B1212]2-などがある。
7元素は、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素(La〜Lu)から選ばれる少なくとも一種以上の元素からなる。
The “fourth hydride” is a compound in which a molecule or ion containing hydrogen is bound around the M 7 element or its ion (that is, a complex hydride), which contains M 7 element, boron and hydrogen. Say.
The anion constituting the complex hydride is not particularly limited, and specific examples include [BH 4 ] and [B 12 H 12 ] 2− .
M 7 elements include Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, Ni, Y, and rare earth elements (La ~ Lu) at least one element selected from.

本実施の形態においては、第4の水素化物には、後述する溶媒に可溶なものを用いる。出発原料には、いずれか1種の第4の水素化物が含まれていても良く、あるいは、2種以上が含まれていても良い。また、出発原料に2種以上の第4の水素化物が含まれる場合、その比率は、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。第4の水素化物に関するその他の点については、第2の水素化物と同様であるので、説明を省略する。   In this embodiment, the fourth hydride is soluble in a solvent described later. The starting material may contain any one kind of the fourth hydride, or may contain two or more kinds. Moreover, when 2 or more types of 4th hydrides are contained in a starting material, the ratio is not specifically limited, It can select arbitrarily according to the objective. Since the other points regarding the fourth hydride are the same as those of the second hydride, description thereof will be omitted.

「第4の塩化物」とは、M8元素を含む塩化物をいう。
8元素は、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素(La〜Lu)から選ばれる少なくとも一種以上の元素からなる。また、第4の水素化物と第4の塩化物を反応させるという工程の性質上、M8元素は、M7元素とは異なる元素を含む。
The “fourth chloride” refers to a chloride containing M 8 element.
M 8 elements include Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, Ni, Y, and rare earth elements (La ~ Lu) at least one element selected from. Further, due to the nature of the process of reacting the fourth hydride and the fourth chloride, the M 8 element contains an element different from the M 7 element.

本実施の形態においては、第4の塩化物には、後述する溶媒に可溶なものを用いる。出発原料には、いずれか1種の第4の塩化物が含まれていても良く、あるいは、2種以上が含まれていても良い。また、出発原料に2種以上の第4の塩化物が含まれる場合、その比率は、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。第4の塩化物に関するその他の点については、第2の塩化物と同様であるので、説明を省略する。   In the present embodiment, the fourth chloride is soluble in a solvent described later. The starting material may contain any one type of fourth chloride, or may contain two or more types. Moreover, when 2 or more types of 4th chloride is contained in a starting material, the ratio is not specifically limited, According to the objective, it can select arbitrarily. Since the other points regarding the fourth chloride are the same as those of the second chloride, description thereof is omitted.

溶媒には、上述した第4の水素化物及び第4の塩化物を溶解させることが可能なものを用いる。また、溶媒は、反応生成物である第1の水素化物及び/又は第1の塩化物を溶解させることが可能なものであっても良く、あるいは、溶解させないものでも良い。特に、反応生成物である第1の水素化物又は第1の塩化物のいずれか一方の溶解度が相対的に高く、かつ、他方の溶解度が相対的に低いものを用いると、塩化物の混合比の制御が比較的容易になるという利点がある。このような溶媒としては、例えば、各種エーテル類、THF(テトラヒドロフラン)などがある。これらの溶媒は、単独で使用しても良く、あるいは、2種以上を組み合わせて用いても良い。
溶媒中に溶解させる第4の水素化物及び第4の塩化物の量、並びに、これらの比率は、目的とする第1の水素化物が効率よく得られるように、出発原料や溶媒の種類に応じて最適なものを選択する。
As the solvent, a solvent capable of dissolving the fourth hydride and the fourth chloride described above is used. Further, the solvent may be capable of dissolving the first hydride and / or the first chloride as the reaction product, or may be one that does not dissolve the solvent. In particular, when one of the first hydride and the first chloride which is a reaction product has a relatively high solubility and the other has a relatively low solubility, the mixture ratio of chlorides There is an advantage that it is relatively easy to control. Examples of such a solvent include various ethers and THF (tetrahydrofuran). These solvents may be used alone or in combination of two or more.
The amount of the fourth hydride and the fourth chloride dissolved in the solvent and the ratio thereof depend on the starting material and the kind of the solvent so that the desired first hydride can be obtained efficiently. Select the most suitable one.

溶媒除去工程は、反応終了後の溶液から溶媒の全部又は一部を除去する工程である。溶媒の除去は、すべての反応生成物及び未反応原料を含む状態で行っても良く、あるいは、溶媒に対する水素化物と塩化物の溶解度差を利用して、塩化物の一部を除去した後に行っても良い。   A solvent removal process is a process of removing all or one part of a solvent from the solution after completion | finish of reaction. The removal of the solvent may be carried out in a state including all reaction products and unreacted raw materials, or after removing a part of the chloride by utilizing the difference in solubility between the hydride and the chloride in the solvent. May be.

次の(f)式に、液相合成法を用いた合成反応の一例を示す。
2NaBH4+ZnCl2→Zn(BH4)2+2NaCl ・・・(f)
NaBH4(第4の水素化物)、ZnCl2(第4の塩化物)、及び、Zn(BH4)2(第1の水素化物)は、いずれも無水エーテルに溶解する。一方、NaCl(第1の塩化物)は、無水エーテルに不溶である。従って、(f)式に従い、Zn(BH4)2を液相合成する場合において、NaClの配合比を制御するときには、溶媒として、無水エーテルを用いるのが好ましい。
The following formula (f) shows an example of a synthesis reaction using a liquid phase synthesis method.
2NaBH 4 + ZnCl 2 → Zn (BH 4 ) 2 + 2NaCl (f)
NaBH 4 (fourth hydride), ZnCl 2 (fourth chloride), and Zn (BH 4 ) 2 (first hydride) are all dissolved in anhydrous ether. On the other hand, NaCl (first chloride) is insoluble in anhydrous ether. Accordingly, in the case of liquid phase synthesis of Zn (BH 4 ) 2 according to the formula (f), it is preferable to use anhydrous ether as a solvent when controlling the compounding ratio of NaCl.

無水エーテルを用いたZn(BH4)2の合成は、具体的には、以下のような手順により行う。すなわち、まず、適量のZnCl2を無水エーテルに溶解させ、上澄み液を採取する。これとは別に、適量のNaBH4を無水エーテルに溶解させる。この溶液に、先に作っておいたZnCl2/エーテル溶液上澄み液を加えて、所定時間攪拌させる。反応を完全に進行させた後、そのまま乾燥させると、混合比xが2である水素貯蔵材料が得られる。一方、反応後に上澄み液を採取し、乾燥させる場合において、上澄みの採取条件を最適化すると、混合比xが2未満である水素貯蔵材料が得られる。他の出発原料を用いる場合も同様である。 Specifically, the synthesis of Zn (BH 4 ) 2 using anhydrous ether is carried out by the following procedure. That is, first, an appropriate amount of ZnCl 2 is dissolved in anhydrous ether, and the supernatant is collected. Separately, an appropriate amount of NaBH 4 is dissolved in anhydrous ether. To this solution, the previously prepared ZnCl 2 / ether solution supernatant is added and allowed to stir for a predetermined time. When the reaction is allowed to proceed completely and then dried as it is, a hydrogen storage material having a mixing ratio x of 2 is obtained. On the other hand, when the supernatant is collected after the reaction and dried, the hydrogen storage material having a mixing ratio x of less than 2 can be obtained by optimizing the conditions for collecting the supernatant. The same applies when other starting materials are used.

なお、反応により生成する第1の水素化物の組成、及び、合成に使用する溶媒の種類によっては、溶媒と第1の水素化物の複合体が得られる場合がある。例えば、第1の水素化物がCa(BH4)2であり、溶媒としてTHFを用いた場合、一般式:Ca(BH4)2・2THFで表される複合体が得られる。この複合体は、固体であり、THFは、Ca(BH4)2に配位結合している。このような複合体であっても、本発明に係る水素貯蔵材料の構成材料として用いることができる。 Note that a composite of the solvent and the first hydride may be obtained depending on the composition of the first hydride generated by the reaction and the type of the solvent used for the synthesis. For example, when the first hydride is Ca (BH 4 ) 2 and THF is used as a solvent, a complex represented by the general formula: Ca (BH 4 ) 2 · 2THF is obtained. This complex is a solid, and THF is coordinated to Ca (BH 4 ) 2 . Even such a composite can be used as a constituent material of the hydrogen storage material according to the present invention.

液相合成法により製造された各種の第1の水素化物は、それぞれ、単独で用いても良く、あるいは、2種以上を組み合わせて用いても良い。また、液相法により合成された1種又は2種以上の第1の水素化物と、液相法以外の方法により製造された1種又は2種以上の第1の水素化物とを組み合わせて用いても良い。   Each of the various first hydrides produced by the liquid phase synthesis method may be used alone or in combination of two or more. Also, one or two or more first hydrides synthesized by a liquid phase method and one or two or more first hydrides produced by a method other than the liquid phase method are used in combination. May be.

次に、本発明の第4の実施の形態に係る水素貯蔵材料の製造方法について説明する。
本実施の形態に係る製造方法は、反応工程と、溶媒除去工程と、分離工程と、混合工程とを備えている。これらの内、反応工程及び溶媒除去工程は、第3の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
Next, the manufacturing method of the hydrogen storage material which concerns on the 4th Embodiment of this invention is demonstrated.
The manufacturing method according to the present embodiment includes a reaction process, a solvent removal process, a separation process, and a mixing process. Among these, the reaction step and the solvent removal step are the same as those in the third embodiment, and thus description thereof is omitted.

分離工程は、溶媒除去工程で得られた混合物を溶媒中に溶解させることによって、1種又は2種以上の第5の水素化物を分離・採取する工程である。
「第5の水素化物」とは、混合物に含まれる水素化物であって、M9元素、ホウ素及び水素を含む水素化物をいう。また、M9元素とは、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素(La〜Lu)から選ばれる少なくとも一種以上の元素をいう。第5の水素化物のその他の点については、第4の水素化物と同様であるので、説明を省略する。また、分離工程に関するその他の点については、第2の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
The separation step is a step of separating and collecting one or more fifth hydrides by dissolving the mixture obtained in the solvent removal step in a solvent.
The “fifth hydride” is a hydride contained in a mixture and containing a M 9 element, boron and hydrogen. The M 9 element is Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, Ni, Y, and rare earth. It means at least one element selected from elements (La to Lu). Since the other points of the fifth hydride are the same as those of the fourth hydride, description thereof will be omitted. Further, since other points regarding the separation step are the same as those in the second embodiment, the description thereof is omitted.

混合工程は、1種又は2種以上の第5の塩化物を、分離・採取された第5の水素化物に加え、これらを混合する工程である。
「第5の塩化物」とは、混合物に含まれていた塩化物とは異なる塩化物であって、M10元素を含むものをいう。また、M10元素とは、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素(La〜Lu)から選ばれる少なくとも一種以上の元素をいう。第5の塩化物は、第5の水素化物と反応するものであっても良く、あるいは、反応しないものでも良い。第5の塩化物に関するその他の点については、第2の塩化物と同様であるので、説明を省略する。また、混合工程に関するその他の点については、第2の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
The mixing step is a step of adding one or two or more fifth chlorides to the separated / collected fifth hydride and mixing them.
The “fifth chloride” refers to a chloride that is different from the chloride contained in the mixture and contains M 10 element. The M 10 element is Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, Ni, Y, and rare earth. It means at least one element selected from elements (La to Lu). The fifth chloride may react with the fifth hydride or may not react. Since the other points regarding the fifth chloride are the same as those of the second chloride, description thereof will be omitted. Further, since other points regarding the mixing step are the same as those in the second embodiment, the description thereof is omitted.

次に、本発明に係る水素貯蔵材料及びその製造方法の作用について説明する。
所定の比率で配合された第2の水素化物と第2の塩化物とを、機械的エネルギーを加えながら混合すると、出発原料の混合及び粉砕が進行すると同時に、両者が反応し又は反応することなく、微細な第1の水素化物と微細な第1の塩化物とが均一に分散している水素貯蔵材料が得られる。同様に、所定の比率で配合された第4の水素化物と第4の塩化物とを溶媒中に溶解させ、これらを反応させると、微細な第1の水素化物と微細な第1の塩化物とが均一に分散している水素貯蔵材料が得られる。さらに、固相合成法又は液相合成法で得られた混合物から塩化物の全部又は一部を除去し、これに除去した塩化物とは異なる塩化物を加えて混合すると、微細な第1の水素化物と微細な第1の塩化物とが均一に分散している水素貯蔵材料が得られる。
得られた水素貯蔵材料は、第1の塩化物によって第1の水素化物が分解促進物質である水から保護されるので、水との接触に起因する特性劣化が抑制される。また、ある種の塩化物は、水素化物を熱的に不安定化させ、水素放出開始温度を低下させる作用がある。そのため、第1の水素化物と第1の塩化物とを複合化させ、かつ、これらの組成を最適化すると、相対的に低温で多量の水素を放出する水素貯蔵材料が得られる。
Next, the operation of the hydrogen storage material and the method for producing the same according to the present invention will be described.
When the second hydride and the second chloride compounded at a predetermined ratio are mixed while applying mechanical energy, mixing and pulverization of the starting materials proceed and at the same time, both do not react or react. Thus, a hydrogen storage material in which the fine first hydride and the fine first chloride are uniformly dispersed is obtained. Similarly, when the fourth hydride and the fourth chloride compounded in a predetermined ratio are dissolved in a solvent and reacted with each other, the fine first hydride and the fine first chloride are reacted. Thus, a hydrogen storage material in which is uniformly dispersed can be obtained. Furthermore, when all or a part of the chloride is removed from the mixture obtained by the solid phase synthesis method or the liquid phase synthesis method, and a chloride different from the removed chloride is added and mixed, a fine first A hydrogen storage material in which hydride and fine first chloride are uniformly dispersed is obtained.
In the obtained hydrogen storage material, the first hydride is protected from water, which is a decomposition promoting substance, by the first chloride, so that deterioration of characteristics due to contact with water is suppressed. In addition, certain types of chloride have the effect of destabilizing the hydride thermally and lowering the hydrogen release start temperature. Therefore, when the first hydride and the first chloride are combined and their compositions are optimized, a hydrogen storage material that releases a large amount of hydrogen at a relatively low temperature can be obtained.

また、一般式:M(BH4)n(nは、M元素の価数)で表される水素化物では、M元素が電子を(BH4)に与えてイオン結合することにより安定化している。従って、M元素からの電子供与を抑制することができれば、陽イオン/陰イオン間のイオン結合が弱まり、熱力学的安定性が低下すると考えられる。電子供与の強さは、M元素の電気陰性度と密接に関係しており、電気陰性度は、M(BH4)nの熱力学的安定性を制御するための有効な指針を与える。例えば、特願2003−319915によれば、LiBH4のLiの一部をLiより電気陰性度の大きいCuに置換することによって、熱力学的に不安定化し、水素放出温度を低温化することが可能である。
また、図1に、第一原理計算から理論的に求められた各種ボロハイドライドの生成熱ΔHと、M元素の電気陰性度χとの関係を示す(2004年度日本金属学会秋季大会概要p170より引用)。この図から、M元素の電気陰性度が大きいほど、生成熱の絶対値が小さく、M(BH4)nの熱力学的安定性が低いことが明らかである。
本発明において、第1の水素化物として、適切な電気陰性度を有するM元素を含むものを用いると、その熱力学的安定性が制御され、熱分解温度が格段に低温化すると考えられる。さらに、これと触媒作用を有する第1の塩化物とを複合化した場合には、熱分解温度がさらに低温化する。
さらに、特定のM1元素を含む第1の水素化物は、相対的に熱的に不安定であるだけでなく、他の水素化物に比べて水素量が格段に多い(約5mass%以上)。そのため、これと第1の塩化物とを複合化させると、水に対して安定であり、水素放出開始温度が低く、かつ、水素放出量の多い水素貯蔵材料が得られる。
Further, in the hydride represented by the general formula: M (BH 4 ) n (n is the valence of the M element), the M element is stabilized by giving electrons to (BH 4 ) and ionic bonding. . Therefore, if the electron donation from the M element can be suppressed, the ionic bond between the cation and the anion is weakened, and it is considered that the thermodynamic stability is lowered. The strength of electron donation is closely related to the electronegativity of the M element, which provides an effective guideline for controlling the thermodynamic stability of M (BH 4 ) n . For example, according to Japanese Patent Application No. 2003-319915, by replacing a part of Li in LiBH 4 with Cu, which has a higher electronegativity than Li, it becomes thermodynamically unstable and lowers the hydrogen release temperature. Is possible.
In addition, FIG. 1 shows the relationship between the heat of formation ΔH of various borohydrides theoretically obtained from first-principles calculations and the electronegativity χ of the M element (quoted from the 2004 Annual Meeting of the Metallurgy Society of Japan, p170). ). From this figure, it is clear that the greater the electronegativity of the M element, the smaller the absolute value of the heat of formation and the lower the thermodynamic stability of M (BH 4 ) n .
In the present invention, it is considered that when the first hydride containing an M 1 element having an appropriate electronegativity is used, its thermodynamic stability is controlled and the thermal decomposition temperature is remarkably lowered. Furthermore, when this is combined with the first chloride having a catalytic action, the thermal decomposition temperature is further lowered.
Furthermore, the first hydride containing a specific M 1 element is not only relatively thermally unstable, but also has a significantly larger amount of hydrogen (about 5 mass% or more) than other hydrides. Therefore, when this is combined with the first chloride, a hydrogen storage material that is stable against water, has a low hydrogen release start temperature, and a large amount of hydrogen release can be obtained.

(実施例1)
NaBH4とZnCl2とをモル比で2:1に配合した。配合物を高エネルギーボールミルにて5時間、混合粉砕した。得られた水素貯蔵材料についてX線回折を行ったところ、NaClの回折パターンが認められた。また、ラマンスペクトルにおいて、B−H結合の振動モードが観測された。以上より、材料中にZn(BH4)2が生成していると思われる。
次に、得られた水素貯蔵材料について、昇温脱離法により熱分解特性を測定した。比較材には、LiBH4を用いた。その結果、LiBH4の分解開始温度は580Kであるのに対し、水素貯蔵材料の分解開始温度は、350Kであることがわかった。
Example 1
NaBH 4 and ZnCl 2 were mixed at a molar ratio of 2: 1. The blend was mixed and ground in a high energy ball mill for 5 hours. When the obtained hydrogen storage material was subjected to X-ray diffraction, a NaCl diffraction pattern was observed. In the Raman spectrum, a vibration mode of BH bond was observed. From the above, it is considered that Zn (BH 4 ) 2 is generated in the material.
Next, thermal decomposition characteristics of the obtained hydrogen storage material were measured by a temperature programmed desorption method. LiBH 4 was used as a comparative material. As a result, it was found that the decomposition start temperature of LiBH 4 was 580K, whereas the decomposition start temperature of the hydrogen storage material was 350K.

(実施例2)
NaBH4に代えてLiBH4を用いた以外は、実施例1と同一条件下で複合体を作製した。得られた水素貯蔵材料についてX線回折を行ったところ、LiClの回折パターンが認められた。また、ラマンスペクトルにおいて、B−H結合の振動モードが観測された。以上より、材料中にZn(BH4)2が生成している思われる。
次に、得られた水素貯蔵材料について、昇温脱離法により熱分解特性を測定した。図2に、その結果を示す。なお、図2には、LiBH4の熱分解特性も併せて示した。図2より、LiBH4の分解開始温度は580Kであるのに対し、複合体の分解開始温度は、355Kであることがわかる。
(Example 2)
A composite was prepared under the same conditions as in Example 1 except that LiBH 4 was used instead of NaBH 4 . When the obtained hydrogen storage material was subjected to X-ray diffraction, a LiCl diffraction pattern was observed. In the Raman spectrum, a vibration mode of BH bond was observed. From the above, it seems that Zn (BH 4 ) 2 is generated in the material.
Next, thermal decomposition characteristics of the obtained hydrogen storage material were measured by a temperature programmed desorption method. FIG. 2 shows the result. FIG. 2 also shows the thermal decomposition characteristics of LiBH 4 . FIG. 2 shows that the decomposition start temperature of LiBH 4 is 580K, whereas the decomposition start temperature of the composite is 355K.

(実施例3)
LiBH4とZrCl4とをモル比で4:1に配合した。配合物を高エネルギーボールミルにて5時間、混合粉砕した。得られた水素貯蔵材料についてX線回折を行ったところ、LiClの回折パターンが認められた(図3)。また、ラマンスペクトルにおいて、B−H結合の振動モードが観測された。以上より、材料中に、Zr(BH4)4が生成していると思われる。この複合体の分解開始温度は、350Kであった。
次に、得られた水素貯蔵材料を300℃に昇温し、水素放出反応を進行させた。その後、80℃、10MPaにて再水素化を行った。再水素化の確認は、容量法(PCT測定)により行った。その結果、再水素化による圧力減少が生じており、再水素化が確認された。
(Example 3)
LiBH 4 and ZrCl 4 were blended at a molar ratio of 4: 1. The blend was mixed and ground in a high energy ball mill for 5 hours. When the obtained hydrogen storage material was subjected to X-ray diffraction, a LiCl diffraction pattern was observed (FIG. 3). In the Raman spectrum, a vibration mode of BH bond was observed. From the above, it is considered that Zr (BH 4 ) 4 is generated in the material. The decomposition start temperature of this complex was 350K.
Next, the obtained hydrogen storage material was heated to 300 ° C. to advance the hydrogen releasing reaction. Then, rehydrogenation was performed at 80 ° C. and 10 MPa. The rehydrogenation was confirmed by the volume method (PCT measurement). As a result, pressure reduction due to rehydrogenation occurred, and rehydrogenation was confirmed.

(実施例4)
LiBH4とTiCl3とをモル比で3:1に配合した。配合物を高エネルギーボールミルにて5時間混合粉砕した。得られた水素貯蔵材料についてX線回折を行ったところ、LiClの回折パターンが認められた。また、ラマスペクトルにおいて、B−H結合の振動モードが観測された。以上より、材料中にTi(BH4)3が生成していると思われる。この複合体の分解開始温度は、360Kであった。
Example 4
LiBH 4 and TiCl 3 were mixed at a molar ratio of 3: 1. The blend was mixed and ground in a high energy ball mill for 5 hours. When the obtained hydrogen storage material was subjected to X-ray diffraction, a LiCl diffraction pattern was observed. In the llama spectrum, a vibration mode of BH bond was observed. From the above, it is considered that Ti (BH 4 ) 3 is generated in the material. The decomposition start temperature of this complex was 360K.

(実施例5)
出発原料としてLiBH4とMgCl2を用いた以外は、実施例1と同一条件下で水素貯蔵材料を作製した。得られた水素貯蔵材料についてX線回折を行ったところ、(Mg0.25Li0.75)Cl1.25の回折パターンが認められた。また、ラマンスペクトルにおいて、B−H結合の振動モードが観測された。以上より、材料中に、(Mg0.5Li0.5)(BH4)1.5が生成していると思われる。
(Example 5)
A hydrogen storage material was prepared under the same conditions as in Example 1 except that LiBH 4 and MgCl 2 were used as starting materials. When the obtained hydrogen storage material was subjected to X-ray diffraction, a diffraction pattern of (Mg 0.25 Li 0.75 ) Cl 1.25 was observed. In the Raman spectrum, a vibration mode of BH bond was observed. From the above, it is considered that (Mg 0.5 Li 0.5 ) (BH 4 ) 1.5 is generated in the material.

(実施例6)
NaBH4とZnCl2とをモル比で2:1に配合した。配合物を高エネルギーボールミルにて1〜12時間、混合粉砕した。得られた水素貯蔵材料についてX線回折を行ったところ、(Zn、Na)Clの回折パターンが認められた。また、ラマンスペクトルにおいて、B−H結合の振動モードが観測された。以上より、材料中に(Zn、Na)BH4が生成していると思われる。また、ミリング時間が長くなるほど、(Zn、Na)BH4と(Zn、Na)Clの生成量が増加した。
(Example 6)
NaBH 4 and ZnCl 2 were mixed at a molar ratio of 2: 1. The blend was mixed and ground in a high energy ball mill for 1-12 hours. When the obtained hydrogen storage material was subjected to X-ray diffraction, a (Zn, Na) Cl diffraction pattern was observed. In the Raman spectrum, a vibration mode of BH bond was observed. From the above, it is considered that (Zn, Na) BH 4 is generated in the material. In addition, the longer the milling time, the greater the amount of (Zn, Na) BH 4 and (Zn, Na) Cl produced.

(実施例7)
実施例1で得られた水素貯蔵材料をエーテル又はTHFに溶解させ、塩化物を沈殿させて所望の混合比に制御した。次いで、溶媒を揮発除去し、水素貯蔵材料を得た。得られた水素貯蔵材料は、水素化物に対する塩化物の混合比xが0.05である複合体であり、この複合体も実施例1と同様に低温での水素放出特性に優れていることがわかった。
(Example 7)
The hydrogen storage material obtained in Example 1 was dissolved in ether or THF and the chloride was precipitated to control the desired mixing ratio. Next, the solvent was removed by volatilization to obtain a hydrogen storage material. The obtained hydrogen storage material is a composite having a mixing ratio x of chloride to hydride of 0.05, and this composite is also excellent in hydrogen release characteristics at a low temperature as in Example 1. all right.

(実施例8)
LiBH4とZrCl4とをモル比で5:1に配合した。配合物を高エネルギーボールミルにて5時間、Ar雰囲気下で粉砕混合した。得られた水素貯蔵材料についてX線回折を行ったところ、LiClの回折パターンが認められた(図3)。また、ラマンスペクトルにおいて、B−H結合の振動モードが観測された(図4)。以上より、材料中にZrLi(BH4)5が生成していると思われる。
次に、得られた水素貯蔵材料について、昇温脱離法により熱分解性を測定した。その結果、本実施例で得られた水素貯蔵材料の分解温度は、LiBH4とZr(BH4)4+4LiCl混合体の分解温度の間にあることがわかった。
(Example 8)
LiBH 4 and ZrCl 4 were blended at a molar ratio of 5: 1. The blend was pulverized and mixed in a high energy ball mill for 5 hours under an Ar atmosphere. When the obtained hydrogen storage material was subjected to X-ray diffraction, a LiCl diffraction pattern was observed (FIG. 3). In the Raman spectrum, a vibration mode of BH bond was observed (FIG. 4). From the above, it seems that ZrLi (BH 4 ) 5 is generated in the material.
Next, the thermal decomposability of the obtained hydrogen storage material was measured by a temperature programmed desorption method. As a result, it was found that the decomposition temperature of the hydrogen storage material obtained in this example was between the decomposition temperature of the LiBH 4 and Zr (BH 4 ) 4 + 4LiCl mixture.

(実施例9)
LiBH4とZrCl4とをモル比で6:1に配合した。配合物を高エネルギーボールミルにて5時間、Ar雰囲気下で粉砕混合した。得られた水素貯蔵材料についてX線回折を行ったところ、LiClの回折パターンが認められた。また、ラマンスペクトルにおいて、B−H結合の振動モードが観測された。以上より、材料中にZrLi2(BH4)6が生成していると思われる。
次に、得られた水素貯蔵材料について、昇温脱離法により熱分解性を測定した。比較材には、LiBH4とZrLi(BH4)5+4LiCl混合体(実施例8)を用いた。その結果、本実施例で得られた水素貯蔵材料の分解温度は、LiBH4とZrLi(BH4)5+4LiCl混合体の分解温度の間にあることがわかった。
図5に、実施例3、実施例8及び実施例9で得られた水素貯蔵材料の熱分解特性を示す。図5には、LiBH4の結果も併せて示した。図5より、LiBH4の配合比が多くなるほど、分解温度が上昇することがわかる。
Example 9
LiBH 4 and ZrCl 4 were blended at a molar ratio of 6: 1. The blend was pulverized and mixed in a high energy ball mill for 5 hours under an Ar atmosphere. When the obtained hydrogen storage material was subjected to X-ray diffraction, a LiCl diffraction pattern was observed. In the Raman spectrum, a vibration mode of BH bond was observed. From the above, it is considered that ZrLi 2 (BH 4 ) 6 is generated in the material.
Next, the thermal decomposability of the obtained hydrogen storage material was measured by a temperature programmed desorption method. As a comparative material, a mixture of LiBH 4 and ZrLi (BH 4 ) 5 + 4LiCl (Example 8) was used. As a result, it was found that the decomposition temperature of the hydrogen storage material obtained in this example was between the decomposition temperature of the LiBH 4 and ZrLi (BH 4 ) 5 + 4LiCl mixture.
In FIG. 5, the thermal decomposition characteristic of the hydrogen storage material obtained in Example 3, Example 8, and Example 9 is shown. FIG. 5 also shows the results of LiBH 4 . FIG. 5 shows that the decomposition temperature increases as the blending ratio of LiBH 4 increases.

(実施例10)
NaBH4とZrCl4とをモル比で5:1に配合した。配合物を高エネルギーボールミルにて5時間、Ar雰囲気下で粉砕混合した。得られた水素貯蔵材料についてX線回折を行ったところ、NaClの回折パターンが認められた。また、ラマンスペクトルにおいて、B−H結合の振動モードが観測された。以上より、材料中にZrNa(BH4)5が生成していると思われる。
次に、得られた水素貯蔵材料について、昇温脱離法により熱分解性を測定した。比較材には、NaBH4とZr(BH4)4+4NaCl混合体(ZrCl4とNaBH4とを1:4のモル比で配合後にボールミルで5時間混合粉砕して作製)を用いた。その結果、本実施例で得られた水素貯蔵材料の分解温度は、NaBH4とZr(BH4)4+4NaCl混合体の分解温度の間にあることがわかった。
(Example 10)
NaBH 4 and ZrCl 4 were blended at a molar ratio of 5: 1. The blend was pulverized and mixed in a high energy ball mill for 5 hours under an Ar atmosphere. When the obtained hydrogen storage material was subjected to X-ray diffraction, a NaCl diffraction pattern was observed. In the Raman spectrum, a vibration mode of BH bond was observed. From the above, it seems that ZrNa (BH 4 ) 5 is generated in the material.
Next, the thermal decomposability of the obtained hydrogen storage material was measured by a temperature programmed desorption method. As a comparative material, a NaBH 4 and Zr (BH 4 ) 4 +4 NaCl mixture (ZrCl 4 and NaBH 4 were blended at a molar ratio of 1: 4 and then mixed and ground in a ball mill for 5 hours) was used. As a result, it was found that the decomposition temperature of the hydrogen storage material obtained in this example was between the decomposition temperature of the NaBH 4 and Zr (BH 4 ) 4 + 4NaCl mixture.

(実施例11)
NaBH4とZrCl4とをモル比で6:1に配合した。配合物を高エネルギーボールミルにて5時間、Ar雰囲気下で粉砕混合した。得られた水素貯蔵材料についてX線回折を行ったところ、NaClの回折パターンが認められた。また、ラマンスペクトルにおいて、B−H結合の振動モードが観測された。以上より、材料中にZrNa2(BH4)6が生成していると思われる。
次に、得られた水素貯蔵材料について、昇温脱離法により熱分解性を測定した。比較材には、NaBH4とZrNa(BH4)5+4NaCl混合体(実施例10)を用いた。その結果、本実施例で得られた水素貯蔵材料の分解温度は、NaBH4とZrNa(BH4)5+4NaCl混合体の分解温度の間にあることがわかった。
(Example 11)
NaBH 4 and ZrCl 4 were blended at a molar ratio of 6: 1. The blend was pulverized and mixed in a high energy ball mill for 5 hours under an Ar atmosphere. When the obtained hydrogen storage material was subjected to X-ray diffraction, a NaCl diffraction pattern was observed. In the Raman spectrum, a vibration mode of BH bond was observed. From the above, it is considered that ZrNa 2 (BH 4 ) 6 is generated in the material.
Next, the thermal decomposability of the obtained hydrogen storage material was measured by a temperature programmed desorption method. As a comparative material, a mixture of NaBH 4 and ZrNa (BH 4 ) 5 + 4NaCl (Example 10) was used. As a result, it was found that the decomposition temperature of the hydrogen storage material obtained in this example was between the decomposition temperatures of the NaBH 4 and ZrNa (BH 4 ) 5 + 4NaCl mixture.

(実施例12)
LiBH4とCaCl2とTiCl3とをモル比で5:1:1に配合した。配合物を高エネルギーボールミルにて5時間、Ar雰囲気下で粉砕混合した。得られた水素貯蔵材料についてX線回折を行ったところ、LiClの回折パターンが認められた。また、ラマンスペクトルにおいて、B−H結合の振動モードが観測された。以上より、材料中にCaTi(BH4)5が生成していると思われる。
次に、得られた水素貯蔵材料について、昇温脱離法により熱分解性を測定した。比較材には、Ca(BH4)2+2LiCl混合体とTi(BH4)3+3LiCl混合体を用いた。その結果、本実施例で得られた水素貯蔵材料の分解温度は、Ca(BH4)2+2LiCl混合体とTi(BH4)3+3LiCl混合体の分解温度の間にあることがわかった。
(Example 12)
LiBH 4 , CaCl 2 and TiCl 3 were mixed at a molar ratio of 5: 1: 1. The blend was pulverized and mixed in a high energy ball mill for 5 hours under an Ar atmosphere. When the obtained hydrogen storage material was subjected to X-ray diffraction, a LiCl diffraction pattern was observed. In the Raman spectrum, a vibration mode of BH bond was observed. From the above, it is considered that CaTi (BH 4 ) 5 is generated in the material.
Next, the thermal decomposability of the obtained hydrogen storage material was measured by a temperature programmed desorption method. As a comparative material, a Ca (BH 4 ) 2 + 2LiCl mixture and a Ti (BH 4 ) 3 + 3LiCl mixture were used. As a result, it was found that the decomposition temperature of the hydrogen storage material obtained in this example was between the decomposition temperatures of the Ca (BH 4 ) 2 + 2LiCl mixture and the Ti (BH 4 ) 3 + 3LiCl mixture.

(実施例13)
Ca(BH4)2+0.005NaClとTi(BH4)3+0.01LiClとをモル比で1:1に配合した。配合物を高エネルギーボールミルにて5時間、Ar雰囲気下で粉砕混合した。得られた水素貯蔵材料のラマンスペクトルにおいて、B−H結合の振動モードが観測された。以上より、材料中にCaTi(BH4)5が生成していると思われる。
次に、得られた水素貯蔵材料について、昇温脱離法により熱分解性を測定した。比較材には、Ca(BH4)2とTi(BH4)3を用いた。その結果、本実施例で得られた水素貯蔵材料の分解温度は、Ca(BH4)2とTi(BH4)3の分解温度の間にあることがわかった。
(Example 13)
Ca (BH 4 ) 2 + 0.005NaCl and Ti (BH 4 ) 3 + 0.01LiCl were mixed at a molar ratio of 1: 1. The blend was pulverized and mixed in a high energy ball mill for 5 hours under an Ar atmosphere. In the Raman spectrum of the obtained hydrogen storage material, a vibration mode of BH bond was observed. From the above, it is considered that CaTi (BH 4 ) 5 is generated in the material.
Next, the thermal decomposability of the obtained hydrogen storage material was measured by a temperature programmed desorption method. Ca (BH 4 ) 2 and Ti (BH 4 ) 3 were used as comparative materials. As a result, it was found that the decomposition temperature of the hydrogen storage material obtained in this example was between the decomposition temperatures of Ca (BH 4 ) 2 and Ti (BH 4 ) 3 .

(実施例14)
LiBH4とScCl3とをモル比で3:1に混合した。混合物を高エネルギーボールミルにて5時間、Ar雰囲気で混合粉砕した。得られた水素貯蔵材料についてX線回折を行ったところ、Sc(BH4)3とLiClの回折ピークが認められた(図6(a)参照)。得られた水素貯蔵材料を150℃、真空にすると、Sc(BH4)3が分解して、水素放出反応が確認された。水素放出後の試料では、Sc(BH4)3の回折ピークは消失した(図6(b)参照)。さらに、100℃、10MPa水素雰囲気下で1時間保持すると、Sc(BH4)3の回折ピークが再び確認され(図6(c)参照)、再水素化できた。
(Example 14)
LiBH 4 and ScCl 3 were mixed at a molar ratio of 3: 1. The mixture was mixed and ground in a high energy ball mill for 5 hours in an Ar atmosphere. When the obtained hydrogen storage material was subjected to X-ray diffraction, Sc (BH 4 ) 3 and LiCl diffraction peaks were observed (see FIG. 6A). When the obtained hydrogen storage material was evacuated at 150 ° C., Sc (BH 4 ) 3 was decomposed, and hydrogen releasing reaction was confirmed. In the sample after hydrogen release, the Sc (BH 4 ) 3 diffraction peak disappeared (see FIG. 6B). Furthermore, when held at 100 ° C. in a 10 MPa hydrogen atmosphere for 1 hour, the diffraction peak of Sc (BH 4 ) 3 was confirmed again (see FIG. 6C), and rehydrogenation was possible.

(実施例15)
LiBH4とScCl3とをモル比で4:1に混合した。混合物を高エネルギーボールミルにて5時間、Ar雰囲気で混合粉砕した。得られた水素貯蔵材料についてX線回折を行ったところ、Sc(BH4)3とLiClの回折ピークが認められた。得られた水素貯蔵材料について、熱分解特性を測定した。図7に、その結果を示す。なお、図7には、実施例14の水素貯蔵材料(LiBH4:ScCl3=3:1)の結果も併せて示した。図7より、本実施例で得られた水素貯蔵材料は、実施例14の水素貯蔵材料に比べて、水素放出量が多いことがわかる。
(Example 15)
LiBH 4 and ScCl 3 were mixed at a molar ratio of 4: 1. The mixture was mixed and ground in a high energy ball mill for 5 hours in an Ar atmosphere. When the obtained hydrogen storage material was subjected to X-ray diffraction, Sc (BH 4 ) 3 and LiCl diffraction peaks were observed. The thermal decomposition characteristics of the obtained hydrogen storage material were measured. FIG. 7 shows the result. FIG. 7 also shows the results of the hydrogen storage material of Example 14 (LiBH 4 : ScCl 3 = 3: 1). From FIG. 7, it can be seen that the hydrogen storage material obtained in this example has a larger hydrogen release amount than the hydrogen storage material of Example 14.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明に係る水素貯蔵材料及びその製造方法は、燃料電池システム用の水素貯蔵手段、超高純度水素製造装置、ケミカル式ヒートポンプ、アクチュエータ、金属−水素蓄電池用の水素貯蔵体等に用いられる水素貯蔵材料及びその製造方法として使用することができる。   A hydrogen storage material and a method for producing the same according to the present invention include a hydrogen storage means for a fuel cell system, an ultra-high purity hydrogen production apparatus, a chemical heat pump, an actuator, a hydrogen storage body for a metal-hydrogen storage battery, and the like. It can be used as a material and its manufacturing method.

各種水素化物の生成熱ΔHと、陽イオンの電気陰性度χとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between production | generation heat | fever (DELTA) H of various hydrides, and the electronegativity χ of a cation. Zn(BH4)2+2LiCl複合体、及び、LiBH4の熱分解特性を示す図である。Zn (BH 4) 2 + 2LiCl complex, and is a diagram showing the thermal decomposition characteristics of LiBH 4. 実施例3及び実施例8で得られた水素貯蔵材料のX線回折パターンである。It is an X-ray diffraction pattern of the hydrogen storage material obtained in Example 3 and Example 8. 実施例8で得られた水素貯蔵材料のラマンスペクトルである。6 is a Raman spectrum of the hydrogen storage material obtained in Example 8. 実施例3、実施例8及び実施例9で得られた水素貯蔵材料、並びに、LiBH4の熱分解特性を示す図である。Example 3, the hydrogen storage material obtained in Examples 8 and 9, and a diagram showing the thermal decomposition characteristics of LiBH 4. 図6(a)は、実施例14で得られた水素貯蔵材料のX線回折パターンであり、図6(b)は、この水素貯蔵材料を150℃、真空中で加熱した後のX線回折パターンであり、図6(c)は、150℃、真空中で加熱した後、さらに100℃で10MPaの水素と反応させた後のX線回折パターンである。FIG. 6A is an X-ray diffraction pattern of the hydrogen storage material obtained in Example 14, and FIG. 6B is an X-ray diffraction after heating the hydrogen storage material at 150 ° C. in vacuum. FIG. 6C shows an X-ray diffraction pattern after heating in vacuum at 150 ° C. and further reacting with 10 MPa of hydrogen at 100 ° C. 実施例14及び実施例15で得られた水素貯蔵材料の熱分解特性を示す図である。It is a figure which shows the thermal decomposition characteristic of the hydrogen storage material obtained in Example 14 and Example 15.

Claims (6)

1元素、ホウ素及び水素を含む1種又は2種以上の第1の水素化物と、
2元素を含む1種又は2種以上の第1の塩化物と
を含む水素貯蔵材料。
但し、前記M1元素及び前記M2元素は、それぞれ、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種以上の元素。
One or more first hydrides containing M 1 element, boron and hydrogen;
A hydrogen storage material comprising one or more first chlorides containing M 2 element.
However, the M 1 element and the M 2 element are Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, respectively. At least one element selected from Ni, Y, and rare earth elements.
前記第1の水素化物に対する前記第1の塩化物の混合比x(=前記第1の塩化物のモル量/前記第1の水素化物のモル量)が、0.005≦x≦5.0である請求項1に記載の水素貯蔵材料。   The mixing ratio x of the first chloride to the first hydride (= molar amount of the first chloride / molar amount of the first hydride) is 0.005 ≦ x ≦ 5.0. The hydrogen storage material according to claim 1, wherein 3元素、ホウ素及び水素を含む1種又は2種以上の第2の水素化物と、M4元素を含む1種又は2種以上の第2の塩化物とを配合する配合工程と、
該配合工程で得られた配合物を、機械的エネルギーを与えながら混合する混合粉砕工程とを備えた水素貯蔵材料の製造方法。
但し、前記M3元素及び前記M4元素は、それぞれ、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種以上の元素。
A blending step of blending one or more second hydrides containing M 3 element, boron and hydrogen with one or more second chlorides containing M 4 element;
A method for producing a hydrogen storage material, comprising: a mixing and pulverizing step of mixing the compound obtained in the compounding step while applying mechanical energy.
However, the M 3 element and the M 4 element are Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, respectively. At least one element selected from Ni, Y, and rare earth elements.
前記混合粉砕工程で得られた混合物を溶媒中に溶解させることによって、M5元素、ホウ素及び水素を含む1種又は2種以上の第3の水素化物を分離・採取する分離工程と、
前記混合物に含まれていた塩化物とは異なる塩化物であって、M6元素を含む1種又は2種以上の第3の塩化物を前記第3の水素化物に加え、これらを混合する混合工程と
をさらに備えた請求項3に記載の水素貯蔵材料の製造方法。
但し、前記M5元素及び前記M6元素は、それぞれ、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種以上の元素。
By dissolving the mixture obtained in the mixing and grinding step in the solvent, a separation step of separating and collecting one or more of the third hydride containing M 5 element, boron and hydrogen,
A mixture which is a chloride different from the chloride contained in the mixture and adds one or more third chlorides containing the element M 6 to the third hydride and mixes them. The method for producing a hydrogen storage material according to claim 3, further comprising a step.
However, the M 5 element and the M 6 element are Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, respectively. At least one element selected from Ni, Y, and rare earth elements.
7元素、ホウ素及び水素からなる1種又は2種以上の第4の水素化物と、M8元素を含む1種又は2種以上の第4の塩化物とを溶媒中に溶解させ、前記溶媒中において、前記第4の水素化物と前記第4の塩化物とを反応させる反応工程と、
前記溶媒の全部又は一部を除去する溶媒除去工程と
を備えた水素貯蔵材料の製造方法。
但し、前記M7元素は、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種以上の元素。
前記M8元素は、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種以上の元素であって、前記M7元素とは異なる元素を含む。
One or two or more fourth hydrides comprising M 7 element, boron and hydrogen and one or more fourth chlorides containing M 8 element are dissolved in a solvent, and the solvent A reaction step of reacting the fourth hydride with the fourth chloride;
A method for producing a hydrogen storage material, comprising a solvent removal step of removing all or part of the solvent.
However, the M 7 element is Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, Ni, Y, and rare earth. At least one element selected from elements.
The M 8 element includes Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, Ni, Y, and rare earth elements. It contains at least one element selected from elements different from the M 7 element.
前記溶媒除去工程で得られた混合物を溶媒中に溶解させることによって、M9元素、ホウ素及び水素を含む1種又は2種以上の第5の水素化物を分離・採取する分離工程と、
前記混合物に含まれていた塩化物とは異なる塩化物であって、M10元素を含む1種又は2種以上の第5の塩化物を前記第5の水素化物に加え、これらを混合する混合工程と
をさらに備えた請求項5に記載の水素貯蔵材料の製造方法。
但し、前記M9元素及び前記M10元素は、それぞれ、Li、Na、K、Ca、Zn、Cu、Mg、Sc、Zr、Mn、Hf、Al、Ti、Cr、V、Ga、Fe、Co、Ni、Y、及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種以上の元素。
A separation step of separating and collecting one or more fifth hydrides containing M 9 element, boron and hydrogen by dissolving the mixture obtained in the solvent removal step in a solvent;
A different chlorides and chloride contained in the mixture, in addition to one or more of the 5 the fifth hydride chloride containing M 10 elements, mixing the mixture The method for producing a hydrogen storage material according to claim 5, further comprising a step.
However, the M 9 element and the M 10 element are Li, Na, K, Ca, Zn, Cu, Mg, Sc, Zr, Mn, Hf, Al, Ti, Cr, V, Ga, Fe, Co, respectively. At least one element selected from Ni, Y, and rare earth elements.
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