JP2007522917A - Catalytic hydrogen desorption in a Mg-based hydrogen storage material and method for producing the material - Google Patents

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Abstract

マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金、該マグネシウムベースの水素吸蔵合金に不溶であり、1)該マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金のバルク中の触媒性物質の独立した分散領域、2)該マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の粒子表面上の独立した分散領域、3)バルクもしくは粒子状形態にある該マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金表面上の触媒性物質の連続もしくは半連続層、または4)それらの組み合わせ、の形態にある水素脱離触媒を含むマグネシウムベースの水素吸蔵材料。この材料の製造方法も開示される。
【選択図】図9
Magnesium or a magnesium-based hydrogen storage alloy, insoluble in the magnesium-based hydrogen storage alloy, 1) an independent dispersion region of the catalytic material in the bulk of the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy, 2) the magnesium or Independent dispersed regions on the particle surface of the magnesium-based hydrogen storage alloy, 3) Continuous or semi-continuous layers of the catalytic material on the surface of the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy in bulk or particulate form, or 4) A magnesium-based hydrogen storage material comprising a hydrogen desorption catalyst in the form of a combination thereof. A method of manufacturing this material is also disclosed.
[Selection] Figure 9

Description

本発明は、一般には、水素吸蔵材料に関し、より具体的には、マグネシウムベースの水素吸蔵材料であって、水素脱着が該マグネシウムベースの水素吸蔵材料に不溶である物質によって触媒される水素吸蔵材料に関する。この不溶性触媒性物質は、1)水素吸蔵材料バルク中の触媒性物質の独立した分散領域、2)水素吸蔵材料の粒子表面上の独立した分散領域、3)バルクもしくは粒子状の水素吸蔵材料表面上の触媒性物質の連続もしくは半連続層、または4)それらの組み合わせの形態であり得る。   The present invention relates generally to hydrogen storage materials, and more specifically, magnesium-based hydrogen storage materials, wherein hydrogen desorption is catalyzed by a substance that is insoluble in the magnesium-based hydrogen storage material. About. This insoluble catalytic material is composed of 1) an independent dispersion region of the catalytic material in the bulk of the hydrogen storage material, 2) an independent dispersion region on the particle surface of the hydrogen storage material, and 3) a surface of the bulk or particulate hydrogen storage material. It may be in the form of a continuous or semi-continuous layer of the catalytic material above, or 4) combinations thereof.

増大するエネルギー需要が、伝統的なエネルギー源、例えば、石炭、石油もしくは天然ガスが無尽蔵では無いこと、または少なくともそれらがますます高価になり続けるようになり、それらを水素で置き換えることを考慮することが賢明であることを認識するようにその道の専門家たちに促している。   Increasing energy demand is to consider that traditional energy sources such as coal, oil or natural gas are not inexhaustible, or at least they will continue to become increasingly expensive and replace them with hydrogen Is encouraging professionals on the road to recognize that it is wise.

水素は、例えば、炭化水素の代わりに内燃機関の燃料として用いることができる。この場合、炭化水素が燃焼する際の炭素、窒素および硫黄の酸化物の形成による大気汚染が無いという利点がある。水素は、電気モーターに必要な電気を生成するための水素−空気燃料電池に燃焼するのに用いることもできる。   Hydrogen, for example, can be used as a fuel for an internal combustion engine instead of a hydrocarbon. In this case, there is an advantage that there is no air pollution due to formation of oxides of carbon, nitrogen and sulfur when hydrocarbons burn. Hydrogen can also be used to burn into a hydrogen-air fuel cell to generate the electricity required for an electric motor.

水素の使用が提起する問題の1つはその貯蔵および輸送である。多くの解決法が提示されている。   One of the problems posed by the use of hydrogen is its storage and transport. Many solutions have been presented.

水素は高圧下で鋼製円筒に貯蔵することができるが、この方法は(貯蔵容量が約1重量%と低いことに加えて)扱いが難しい危険で重い容器を必要とするという欠点を有する。水素は極低温貯蔵容器に貯蔵することもできるが、これは極低温の液体の使用に関連する不利益、例えば、慎重な取り扱いをも必要とする高価な容器、を伴う。毎日約2−5%の「沸騰漏出(boil off)」損失も存在する。   Although hydrogen can be stored in steel cylinders under high pressure, this method has the disadvantage of requiring dangerous and heavy containers that are difficult to handle (in addition to the low storage capacity of about 1% by weight). Hydrogen can also be stored in cryogenic storage containers, but this involves the disadvantages associated with the use of cryogenic liquids, such as expensive containers that also require careful handling. There is also a “boil off” loss of about 2-5% daily.

水素を貯蔵する別の方法はそれを水素化物の形態で貯蔵するものであり、貯蔵後、適正な時期に分解して水素を供給する。フランス特許第1,529,371号に記載されるように、鉄−チタン、ランタン−ニッケル、バナジウム、およびマグネシウムの水素化物がこの目的で用いられている。   Another method of storing hydrogen is to store it in the form of a hydride, which is decomposed and supplied at an appropriate time after storage. As described in French Patent 1,529,371, hydrides of iron-titanium, lanthanum-nickel, vanadium, and magnesium are used for this purpose.

水素を安全で小型の固体状態の金属水素化物形態で貯蔵できるというこの最初の発見以来、研究者らは最適な特性を有する水素貯蔵材料を製造しようと努力してきている。一般には、これらの研究者が達成しようと試みている理想的な材料の特性は、1)大きい水素貯蔵容量、2)軽量材料、3)適切な水素吸収/脱離温度、4)適切な吸収/脱離圧、5)高速の吸収反応速度、および6)長期の吸収/脱離サイクル寿命である。これらの材料特性に加えて、理想的な材料は安価であり、製造が容易である。   Since this first discovery that hydrogen can be stored in a safe and small solid state metal hydride form, researchers have strived to produce hydrogen storage materials with optimal properties. In general, the ideal material properties that these researchers are trying to achieve are: 1) large hydrogen storage capacity, 2) lightweight materials, 3) suitable hydrogen absorption / desorption temperatures, 4) suitable absorption / Desorption pressure, 5) fast absorption kinetics, and 6) long absorption / desorption cycle life. In addition to these material properties, ideal materials are inexpensive and easy to manufacture.

MgH−Mg系が、水素貯蔵の理論的容量の最も高い重量パーセント(7.65重量%)を有し、したがって、貯蔵材料の単位重量あたり最も高い理論的エネルギー密度(2332Wh/kg;Reilly & Sandrock, Spektrum der Wissenschaft, Apr. 1980, 53)を有するため、可逆的水素貯蔵系として用いることができるすべての公知の金属水素化物および金属系のうちで最も適切なものである。 MgH 2 -Mg system has the highest weight percent of the theoretical capacity of the hydrogen storage (7.65 wt%), therefore, the highest theoretical energy density per unit weight of the storage material (2332Wh / kg; Reilly & Sandrock, Spectrum der Wissenshaft, Apr. 1980, 53) is the most suitable of all known metal hydrides and metal systems that can be used as reversible hydrogen storage systems.

この特性およびマグネシウムの比較的低い価格がMgH−Mg系を輸送に最適の水素貯蔵系のように考えらるが、水素動力源自動車については、その反応速度が不満足なために現時点までそれが用いられることを妨げている。例えば、純粋なマグネシウムはおそらくは400℃という極端な温度条件下でのみ、および非常にゆっくりと不完全にのみ、水素化することができることが公知である。生じる水素化物の脱水素化速度も水素貯蔵材料としては不適当なものである(Genossar & Rudman, Z. f. Phys. Chem., Neue Folge 116, 215 [1979]、およびそこで引用される文献)。 This characteristic and the relatively low price of magnesium are considered to be the optimal hydrogen storage system for transporting the MgH 2 -Mg system, but for hydrogen powered vehicles, the reaction rate is unsatisfactory and so far It is preventing it from being used. For example, it is known that pure magnesium can be hydrogenated only under extreme temperature conditions, perhaps 400 ° C., and only very slowly and incompletely. The dehydrogenation rate of the resulting hydride is also unsuitable as a hydrogen storage material (Genossar & Rudman, Zf Phys. Chem., Neue Folg 116, 215 [1979], and references cited therein). .

さらに、マグネシウム貯蔵材料の水素貯蔵容量は、充填/放出サイクルの間に減衰する。この現象は、充電中に材料内部に位置するマグネシウム原子を水素に接近できないようにする表面汚染が進行するということによって説明することができる。   Furthermore, the hydrogen storage capacity of the magnesium storage material decays during the fill / release cycle. This phenomenon can be explained by the progress of surface contamination that prevents the magnesium atoms located inside the material from accessing hydrogen during charging.

従来のマグネシウムまたはマグネシウム/ニッケル貯蔵材料系において水素を放出させるには250℃以上の温度が必要であり、これには同時にエネルギーの大量供給が伴う。水素を放出するのに必要な高い温度レベルおよび高エネルギーは、例えば、内燃機関を有する乗り物をこれらの合金のみで運転することができないという結果をもたらす。これは、排気ガスに含まれるエネルギーが、最も都合の良い場合(満載)においても、マグネシウムまたはマグネシウム/ニッケル合金からの内燃機関の水素必要量の50%を満たすのに十分なものに過ぎないために生じる。したがって、残りの水素要求量は他の水化物合金から得なければならない。例えば、この合金は、0℃未満の温度で稼働可能であるチタン/鉄水素化物(典型的な低温水素化物貯蔵)であり得る。これらの低温水素化物合金は水素貯蔵容量が小さいという欠点を有する。   To release hydrogen in conventional magnesium or magnesium / nickel storage material systems, temperatures above 250 ° C. are required, which is accompanied by a large supply of energy at the same time. The high temperature levels and high energy required to release hydrogen result, for example, in that a vehicle with an internal combustion engine cannot be operated with these alloys alone. This is because the energy contained in the exhaust gas is only sufficient to meet 50% of the hydrogen requirement of an internal combustion engine from magnesium or a magnesium / nickel alloy, even when it is most convenient (full load). To occur. Therefore, the remaining hydrogen demand must be obtained from other hydride alloys. For example, the alloy can be titanium / iron hydride (typical low temperature hydride storage) that can operate at temperatures below 0 ° C. These low temperature hydride alloys have the disadvantage of low hydrogen storage capacity.

比較的大きな貯蔵容量を有するが、それでもやはり水素の放出が約250℃までの温度である貯蔵材料が過去に開発されている。米国特許第4,160,014号は、式Ti[1−x]Zr[x]Mn[2−y−z]Cr[y][z](式中、x=0.05乃至0.4、y=0乃至1およびz=0乃至0.4)の水素吸蔵材料を記載している。約2重量%までの水素をそのような合金に吸蔵することができる。この比較的小さい貯蔵容量に加えて、これらの合金は、金属バナジウムが用いられる場合には合金の価格が非常に高価であるという不利な点も有する。 Storage materials have been developed in the past that have a relatively large storage capacity but nevertheless have a hydrogen release temperature of up to about 250 ° C. U.S. Pat. No. 4,160,014 describes the formula Ti [1-x] Zr [x] Mn [2-yz] Cr [y] V [z] where x = 0.05 to 0. 4, y = 0 to 1 and z = 0 to 0.4). Up to about 2% by weight of hydrogen can be stored in such alloys. In addition to this relatively small storage capacity, these alloys also have the disadvantage that the price of the alloy is very expensive when metal vanadium is used.

さらに、米国特許第4,111,689号は、31ないし46重量%のチタン、5ないし33重量%のバナジウムおよび36ないし53重量%の鉄および/またはマンガンを含有する吸蔵合金を開示している。このタイプの合金は、引用によりここに組み込まれる米国特許第4,160,014号による合金よりも大きい水素貯蔵容量を有するが、それらは水素を完全に放出するために少なくとも250℃の温度が必要であるという欠点を有する。約100℃までの温度では、最良の場合で、放出できるのは水素含有量の約80%である。しかしながら、水素化物貯蔵から水素を放出するのに必要とされる熱はしばしば低温レベルでのみ利用可能であるため、特に低温での、高い放出能力が産業において頻繁に必要とされる。   Further, U.S. Pat. No. 4,111,689 discloses a storage alloy containing 31 to 46% by weight titanium, 5 to 33% by weight vanadium and 36 to 53% by weight iron and / or manganese. . This type of alloy has a larger hydrogen storage capacity than the alloy according to US Pat. No. 4,160,014, which is incorporated herein by reference, but they require a temperature of at least 250 ° C. to completely release hydrogen. It has the disadvantage of being. At temperatures up to about 100 ° C., in the best case, about 80% of the hydrogen content can be released. However, since the heat required to release hydrogen from hydride storage is often only available at low temperature levels, high release capabilities are frequently required in the industry, especially at low temperatures.

他の金属または金属合金特にはチタンもしくはランタンを含むものとは対照的に、マグネシウムを含有する金属合金は、その低い材料経費だけではなく、特にその吸蔵材料としてその低い比重のため、水素の吸蔵に好ましい。しかしながら、
Mg+H → MgH
という水素化はマグネシウムでは達成がより困難である。それは一般には、マグネシウムの表面が空気中で急速に酸化して安定なMgOおよび/またはMg(OH)表面層を形成するからである。これらの層は、水素分子の解離の他、生成される水素原子の吸収および粒子表面からマグネシウム貯蔵材料の体積内への水素原子の拡散を阻害する。
In contrast to other metals or metal alloys, especially those containing titanium or lanthanum, magnesium-containing metal alloys not only have a low material cost, but also because of their low specific gravity as their storage material, Is preferable. However,
Mg + H 2 → MgH 2
This hydrogenation is more difficult to achieve with magnesium. This is because the surface of magnesium generally oxidizes rapidly in air to form a stable MgO and / or Mg (OH) 2 surface layer. These layers inhibit the dissociation of hydrogen molecules as well as the absorption of the generated hydrogen atoms and the diffusion of hydrogen atoms from the particle surface into the volume of the magnesium storage material.

マグネシウムの水素化能力を、アルミニウム(Douglass, Metall. Trans. 6a, 2179 [1975])、インジウム(Mintz, Gavra, & Hadari, J. Inorg. Nucl. Chem. 40, 765 [1978])、もしくは鉄(Welter & Rudman, Scripta Metallurgica 16, 285 [1982])のような個々の外来金属、或いは様々な外来金属(German Offenlegungsschriften 2 846 672 および 2 846 673)、またはMgNiもしくはMgCu(Wiswall, Top Appl. Phys. 29, 201 [1978] および Genossar & Rudman, op. cit)およびLaNi(Tanguy et al., Mater. Res. Bull. 11, 1441 [1976])のような金属間化合物をドープするか、またはそれらと合金化することによって改善しようとする集中的な努力が近年なされてきた。 Magnesium's hydrogenation capacity is measured using aluminum (Douglas, Metall. Trans. 6a, 2179 [1975]), indium (Mintz, Gavra & Hadari, J. Inorg. Nucl. Chem. 40, 765 [1978]), or iron. (Welter & Rudman, Scripta Metallurgica 16 , 285 [1982]) individual foreign metals such as, or different foreign metal (German Offenlegungsschriften 2 846 672 and 2 846 673), or Mg 2 Ni or Mg 2 Cu (Wiswall, Top Appl. Phys., 29, 201 [1978] and Genossar & Rudman, op. Intensive efforts have recently been made to improve by doping or alloying with intermetallic compounds such as aNi 5 (Tanguy et al., Mater. Res. Bull. 11, 1441 [1976]). Has been made.

これらの試みはそれらの反応速度を幾らかは改善したものの、その結果として作られたものから本質的な欠点のいくつかは未だに取り除かれてはいない。外来金属または金属間化合物でドープされたマグネシウムの初期水素化は依然として厳しい反応条件を要求され、多くの水素化および脱水素化のサイクルの後にのみ系の反応速度が満足のいくものとなって可逆的水素の含有量が高くなる。反応速度を改善するには相当なパーセンテージの外来金属または高価な金属間化合物も必要である。さらに、そのような系の貯蔵容量は、一般には、MgHの場合に理論的に期待されるものを遙かに下回る。 Although these attempts have somewhat improved their reaction rates, some of the essential drawbacks have not been removed from the resulting product. Initial hydrogenation of magnesium doped with foreign metals or intermetallics still requires harsh reaction conditions and the reaction rate of the system is only satisfactory after many hydrogenation and dehydrogenation cycles and is reversible The hydrogen content is increased. A significant percentage of foreign metals or expensive intermetallics are also required to improve the reaction rate. Furthermore, the storage capacity of such systems is generally well below what is theoretically expected for MgH 2 .

マグネシウムおよびマグネシウム合金の貯蔵特性が、安定なマグネシウムの酸化物を破壊する助けとなり得る物質の添加によっても強化できることが公知である。例えば、そのような合金はMgNiであり、Niが不安定な酸化物を形成するようである。この合金においては、表面反応MgNi+O → 2MgO+Niにより水素解離−吸収反応を触媒するニッケル金属の包含物にも拡張して適用されることを熱力学的考察が示した。A. Seller et al., Journal of Less−Common Metals 73, 1980, pages 193以下を参照することができる。 It is known that the storage properties of magnesium and magnesium alloys can also be enhanced by the addition of substances that can help destroy stable magnesium oxides. For example, such an alloy is Mg 2 Ni, which seems to form an unstable oxide. Thermodynamic considerations have shown that this alloy can be extended to nickel metal inclusions that catalyze the hydrogen dissociation-absorption reaction by surface reaction Mg 2 Ni + O 2 → 2MgO + Ni. A. Seller et al. , Journal of Less-Common Metals 73, 1980, pages 193 and below.

マグネシウム表面上での水素解離−吸収反応の触媒の可能性の1つは、一方の相が水素化物形成剤であり、他方の相が触媒である二相合金の形成にもある。このように、ニッケルメッキされたマグネシウムを水素吸蔵体として用いることは公知である。F. G. Eisenberg et al. Journal of Less−Common Metals 74, 1980, pages 323以降を参照のこと。しかしながら、マグネシウム表面全体にニッケルを付着および分散させる間に遭遇する問題が存在する。   One possible catalyst for the hydrogen dissociation-absorption reaction on the magnesium surface is also in the formation of a two-phase alloy where one phase is a hydride former and the other phase is a catalyst. Thus, it is known to use nickel-plated magnesium as a hydrogen storage material. F. G. Eisenberg et al. See Journal of Less-Common Metals 74, 1980, pages 323 et seq. However, there are problems encountered while depositing and dispersing nickel across the magnesium surface.

非常に高密度かつ良好な付着触媒層を平衡相の形成のみのにより得るため、水素化物形成相としてのマグネシウムとマグネシウム銅(MgCu)との共晶混合物を水素吸蔵のために用いることができることも公知である。J. Genossar et al., Zeitschrift fur Physikalische Chemie Neue Folge 116, 1979, pages 215以降を参照のこと。しかしながら、このマグネシウム含有粒子によって達成される材料の単位体積あたりの貯蔵容量は、共晶混合物に必要であるマグネシウム銅の量のため、高い需要には答えられない。 In order to obtain a very dense and good adhesion catalyst layer only by forming an equilibrium phase, it is possible to use a eutectic mixture of magnesium and magnesium copper (Mg 2 Cu) as a hydride forming phase for hydrogen storage It is also known that it can be done. J. et al. Genossar et al. , Zeitschiff for Physikalische Chemie Neue Folg 116, 1979, pages 215 et seq. However, the storage capacity per unit volume of material achieved by the magnesium-containing particles cannot meet the high demand due to the amount of magnesium copper required for the eutectic mixture.

この当時の科学者らは様々な材料を調べ、特定の結晶構造が水素吸蔵に必要であるものと仮定した。例えば、“Hydrogen Storage in Metal Hydride”, Scientific American, Vol. 242, No. 2, pp. 118−129, February, 1980を参照のこと。異なる種類の材料、即ち無秩序化水素吸蔵材料を利用することによって先行技術の材料の欠点の多くを克服できることが見出された。例えば、Guenter Winstelの「水素のための吸蔵材料(Storage Materials for Hydrogen)」についての米国特許第4,265,720号は、非晶質または微結晶ケイ素の水素吸蔵体を記載している。ケイ素は、好ましくは、適切な触媒と組み合わされ、かつ基体上の簿膜である。   Scientists at that time examined various materials and assumed that a specific crystal structure was required for hydrogen storage. For example, “Hydrogen Storage in Metal Hydride”, Scientific American, Vol. 242, no. 2, pp. 118-129, February, 1980. It has been found that many of the disadvantages of prior art materials can be overcome by utilizing different types of materials, namely disordered hydrogen storage materials. For example, US Pat. No. 4,265,720 for “Storage Materials for Hydrogen” by Guenter Winstel describes amorphous or microcrystalline silicon hydrogen absorbers. Silicon is preferably a book film on the substrate in combination with a suitable catalyst.

Matsumotoらの名での特開昭55−167401号、「水素吸蔵材料(Hydrogen Storage Material)」は、少なくとも50体積パーセントが非晶質構造の2成分もしくは3成分水素吸蔵材料を開示している。第1成分はCa、Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Yおよびランタニドの群から選択され、第2成分はAl、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、MnおよびSiの群から選択される。B、C、PおよびGeの群からの第3成分は場合により存在し得る。特開昭55−167401号の教示によると、非晶質構造はほとんどの結晶系の不利な高脱離温度特性の問題を克服するのに必要である。高い脱離温度(例えば、150℃以上)はその系で可能な用途範囲を厳しく制限する。   JP 55-167401, “Hydrogen Storage Material” in the name of Matsumoto et al. Discloses a two-component or three-component hydrogen storage material having an amorphous structure of at least 50 volume percent. The first component is selected from the group of Ca, Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Y and lanthanide, and the second component is the group of Al, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mn and Si Selected from. A third component from the group of B, C, P and Ge may optionally be present. According to the teaching of JP 55-167401, an amorphous structure is necessary to overcome the disadvantages of the disadvantageous high desorption temperature characteristics of most crystalline systems. High desorption temperatures (eg, 150 ° C. and above) severely limit the range of possible applications for the system.

Matsumotoらによると、少なくとも50%が非晶質の材料は、個々の原子の結合エネルギーが結晶性材料の場合と違って均一ではなく、それが広範囲に分布するため、少なくとも幾らかの水素を比較的低温で脱離することが可能である。   According to Matsumoto et al., At least 50% of amorphous material is not uniform, unlike the case of crystalline materials, because the bonding energy of individual atoms is not uniform and it is distributed over a wide range, so at least some hydrogen is compared It is possible to desorb at a low temperature.

Matsumotoらは少なくとも50%が非晶質構造の材料をクレームとしている。Matsumotoらは「非晶質」という用語の意味に関して別にこれ以上教示をしていないが、その用語の科学的に認められている定義は約20オングストロームが上限でそれ以下の範囲にわたる短距離秩序を意味する。   Matsumoto et al. Claim at least 50% of materials with an amorphous structure. Matsumoto et al. Do not teach any further about the meaning of the term “amorphous”, but the scientifically accepted definition of the term is short-range order that ranges up to about 20 angstroms or less. means.

Matsumotoらのヒステリシス曲線が平坦でないことを利用するより良好な脱離反応速度の達成するための非晶質構造材料の使用は不十分かつ部分的な解決である。結晶性水素吸蔵材料において見出される他の問題、特に、中程度の温度での有用な水素貯蔵容量の少なさが問題として残る。   The use of amorphous structural materials to achieve better desorption kinetics utilizing the non-flat hysteresis curve of Matsumoto et al. Is an inadequate and partial solution. Other problems found in crystalline hydrogen storage materials remain, especially the low useful hydrogen storage capacity at moderate temperatures.

しかしながら、さらにより良好な水素貯蔵の結果、すなわち、長いサイクル寿命、良好な機械的強度、低い吸収/脱離温度および圧力、可逆性、および化学的汚染に対する耐性は、無秩序化された準安定の水素吸蔵材料を変性することによるすべての利点が採用されるならば、実現することができる。無秩序化された構造的に準安定の水素吸蔵材料の変性は、Stanford R. Ovshinsky らの「水素吸蔵材料およびその製造方法(Hydrogen Storage Materials and Method of Making the Same)」についての米国特許第4,431,561号に記載されている。そこに記載されるように、化学的に変性され、熱力学的に準安定の構造を特徴とする無秩序化された水素吸蔵材料は、広範囲の商業的用途に望ましいすべての水素吸蔵特性を持つように設計することができる。変性した水素吸蔵材料は、単一相結晶性ホスト材料よりも大きな水素貯蔵容量を有するように設計製造することができる。水素とこれらの変性した材料内の貯蔵部位との間の化学結合の強さは、広い範囲の可能な結合力の分布をもたらし、それにより望ましい吸収および脱離特性が得られるように設計することができる。化学的に変性され、熱力学的に準安定な構造を有する無秩序化された水素吸蔵材料は、水素吸蔵反応速度の改善と汚染に対する耐性の増加をもたらす触媒的に活性の部位の密度も大幅に増加している。   However, even better hydrogen storage results, i.e., long cycle life, good mechanical strength, low absorption / desorption temperatures and pressures, reversibility, and resistance to chemical contamination are This can be realized if all the benefits of modifying the hydrogen storage material are adopted. Modification of disordered structurally metastable hydrogen storage materials is described by Stanford R., et al. Ovshinsky et al., “Hydrogen Storage Materials and Methods of Making the Same,” U.S. Pat. No. 4,431,561. As described therein, a disordered hydrogen storage material characterized by a chemically modified and thermodynamically metastable structure would have all the hydrogen storage properties desirable for a wide range of commercial applications. Can be designed to The modified hydrogen storage material can be designed and manufactured to have a larger hydrogen storage capacity than the single phase crystalline host material. The strength of the chemical bond between hydrogen and the storage sites in these modified materials should be designed to provide a wide range of possible bond force distributions, thereby providing the desired absorption and desorption properties. Can do. Chemically modified, disordered hydrogen storage materials with a thermodynamically metastable structure also greatly increase the density of catalytically active sites resulting in improved hydrogen storage reaction rates and increased resistance to contamination. It has increased.

選択されたホストマトリックスに組み込まれている選択された変性剤の相乗的な組み合わせは、水素吸蔵を容易にする化学的、物理的、および電子構造および形態を安定化する構造および化学変性の量と質とを共に達成する。   The synergistic combination of selected modifiers incorporated into the selected host matrix is the amount of structural and chemical modification that stabilizes the chemical, physical, and electronic structures and forms that facilitate hydrogen storage. Achieve quality together.

変性された水素吸蔵材料の骨組みは軽量なホスト・マトリックスである。ホスト・マトリックスは選択された変性剤成分で構造的に変性され、必要な水素吸蔵特性をもたらす局所的な化学的環境を持つ無秩序化材料を提供する。   The framework of the modified hydrogen storage material is a lightweight host matrix. The host matrix is structurally modified with selected modifier components to provide a disordered material with a local chemical environment that provides the necessary hydrogen storage properties.

Ovshinskyらによって述べられたホスト・マトリックスの別の利点は、変性剤をその成分の割合を殆ど連続的な範囲で変化させて用いて変性できることである。この能力は、ホストマトリックスを変性剤によって操作し、特定の用途に適する特性を有する水素吸蔵材料を要求に沿って設計するか、または加工することを可能にする。これは、一般に利用可能な化学量論的範囲が非常に制限されている多成分単一相ホスト結晶性材料とは対照的である。したがって、そのような結晶性材料の熱力学的特性および反応速度の化学的および構造的変性を連続的な範囲で制御することは不可能である。   Another advantage of the host matrix described by Ovshinsky et al. Is that the modifier can be modified using varying proportions of its components in an almost continuous range. This capability allows the host matrix to be engineered with a modifier and a hydrogen storage material with properties suitable for a particular application to be designed or processed according to requirements. This is in contrast to multi-component single phase host crystalline materials where the available stoichiometric range is very limited. Therefore, it is impossible to control the chemical and structural modification of the thermodynamic properties and reaction rate of such crystalline materials in a continuous range.

これらの無秩序化された水素吸蔵材料のさらなる利点は、それらが汚染に対してさらにより耐性であることである。前述のように、これらの材料はより高い密度の触媒活性部位を有する。したがって、そのような部位の幾つかを汚染種の効果の犠牲としても、一方で多数の非汚染活性部位は依然として望ましい水素吸蔵反応速度をもたらし続けることができる。   A further advantage of these disordered hydrogen storage materials is that they are even more resistant to contamination. As mentioned above, these materials have a higher density of catalytic active sites. Thus, some of such sites can be sacrificed for the effects of contaminating species while many non-contaminating active sites can still continue to provide the desired hydrogen storage rate.

これらの無秩序化材料の別の利点は、それらを単一相結晶性材料よりも機械的に柔軟になるように設計できることである。したがって、無秩序化材料は膨張および収縮の際により大きく歪ませることが可能であり、これは吸収および脱離サイクルの際のより高い機械的安定性を可能にする。   Another advantage of these disordered materials is that they can be designed to be mechanically more flexible than single phase crystalline materials. Thus, the disordered material can be more strained during expansion and contraction, which allows for higher mechanical stability during absorption and desorption cycles.

これらの無秩序化材料の欠点の1つは、従来、Mgベースの合金の幾つかが製造困難であったことである。特に、溶融状態で共溶液を形成しない材料。その上、最も有望な材料(すなわち、マグネシウムベースの材料)はバルク形態で製造することが極度に困難であった。すなわち、薄膜スパッタリング技術によりこれらの無秩序化合金を少量製造することはできるが、バルク調製技術は存在していなかった。   One of the disadvantages of these disordered materials is that some of the Mg-based alloys have heretofore been difficult to manufacture. In particular, a material that does not form a co-solution in the molten state. Moreover, the most promising materials (ie, magnesium-based materials) have been extremely difficult to manufacture in bulk form. That is, a small amount of these disordered alloys can be produced by a thin film sputtering technique, but a bulk preparation technique has not existed.

1980年代の中頃、2つのグループがバルク無秩序化マグネシウム合金の水素吸蔵材料を製造する機械的合金化技術を開発した。機械的合金化は、特に安定な金属間相が存在しないとき、非常に異なる蒸気圧および融点を有する成分(例えば、MgとFeもしくはTi等)の合金化を可能にすることが見出された。誘導溶融のような従来の技術はそのような目的には不適当であることが見出されている。   In the mid 1980s, two groups developed mechanical alloying techniques to produce hydrogen storage materials for bulk disordered magnesium alloys. Mechanical alloying has been found to allow alloying of components with very different vapor pressures and melting points (eg Mg and Fe or Ti, etc.), especially in the absence of a stable intermetallic phase. . Conventional techniques such as induction melting have been found unsuitable for such purposes.

2つのグループのうちの第1は、Mg−Ni系の材料の機械的合金化およびそれらの水素吸蔵特性を研究するフランス人科学者のチームであった。Senegas, et al., “Phase Characterization and Hydrogen Diffusion Study in the Mg−Ni−H System”, Journal of the Less−Common Metals, Vol. 129, 1987, pp. 317−326(0、10、25および55wt%のNiを組み込むMgおよびNiの二元機械的合金)、および、また、Song, et al. “Hydriding and Dehydriding Characteristics of Mechanically Alloyed Mixtures Mg − x wt % Ni (x=5, 10, 25 and 55)”, Journal of the Less−Common Metals, Vol. 131, 1987, pp.71−79(5、10、25および55wt%のNiを組み込むMgおよびNiの二元機械的合金)を参照のこと。   The first of the two groups was a team of French scientists studying mechanical alloying of Mg-Ni based materials and their hydrogen storage properties. Senegas, et al. "Phase Characterization and Hydrogen Diffusion Study in the Mg-Ni-H System", Journal of the Less-Common Metals, Vol. 129, 1987, pp. 317-326 (a binary mechanical alloy of Mg and Ni incorporating 0, 10, 25, and 55 wt% Ni), and also Song, et al. “Hydriding and Dehydrating Characteristics of Mechanically Alloyed Mixtures Mg-x wt% Ni (x = 5, 10, 25 and 55)”, Journal of the Less Ms. Comm. 131, 1987, pp. See 71-79 (a binary mechanical alloy of Mg and Ni incorporating 5, 10, 25, and 55 wt% Ni).

2つのグループのうちの第2は、マグネシウムおよび他の金属の二元機械的合金の水素吸蔵特性を研究したロシア人科学者のチームであった。Ivanov, et al., “Mechanical Alloys of Magnesium−New Materials For Hydrogen Energy” , Doklady Physical Chemistry (English Translation) vol. 286: 1−3, 1986, pp. 55−57(MgとNi、Ce、Nb、Ti、Fe、Co、SiおよびQとの二元機械的合金)、また、Ivanov, et al. “Magnesium Mechanical Alloys for Hydrogen Storage” , Journal of the Less−Common Metals, vol. 131 , 1987, pp. 25−29(MgとNi、Fe、Co、NbおよびTiとの二元機械的合金)、およびStepanov, et al., “Hydriding Properties of Mechanical Alloys of Mg−Ni” , Journal of the Less−Common Metals, vol. 131, 1987, pp. 89−97(Mg−Ni系の二元機械的合金)を参照のこと。これらのフランスおよびロシアのグループの間の共同研究、Konstanchuk, et al., “ The Hydriding Properties of a Mechanical Alloy With Composition Mg−25% Fe”, Journal of the Less−Common Metals, vol. 131, 1987, pp. 181−189(Mgと25wt%Feの二元機械的合金)も参照のこと。   The second of the two groups was a team of Russian scientists who studied the hydrogen storage properties of binary mechanical alloys of magnesium and other metals. Ivanov, et al. , “Mechanical Alloys of Magnesium-New Materials For Hydrogen Energy”, Doklide Physical Chemistry (England Translation) vol. 286: 1-3, 1986, pp. 55-57 (a binary mechanical alloy of Mg and Ni, Ce, Nb, Ti, Fe, Co, Si and Q), and Ivanov, et al. “Magnesium Mechanical Alloys for Hydrogen Storage”, Journal of the Less-Common Metals, vol. 131, 1987, pp. 25-29 (a binary mechanical alloy of Mg and Ni, Fe, Co, Nb and Ti), and Stepanov, et al. "Hydriding Properties of Mechanical Alloys of Mg-Ni", Journal of the Less-Common Metals, vol. 131, 1987, pp. See 89-97 (Mg-Ni based binary mechanical alloy). A collaborative study between these French and Russian groups, Konstanchuk, et al. , “The Hydriding Properties of a Mechanical Alloy With Composition Mg-25% Fe”, Journal of the Less-Common Metals, vol. 131, 1987, pp. See also 181-189 (binary mechanical alloy of Mg and 25 wt% Fe).

後に、1980年代後期および1990年代早期に、ブルガリアの科学者グループが(時には、ロシアの科学者グループと共同で)マグネシウムと金属酸化物との機械的合金の水素吸蔵特性を研究した。Khrussanova, et al., “Hydriding Kinetics of Mixtures Containing Some 3d−Transition Metal Oxides and Magnesium”, Zeitschrift fur Physikalische Chemie Neue Folge, Munchen, vol. 164, 1989, pp. 1261− 1266(MgとTiO、V、およびCrとの二元混合物および機械的合金の比較)、およびPeshev, et al., “Surface Composition of Mg−−TiO Mixtures for Hydrogen Storage, Prepared by Different Methods”, Materials Research Bulletin, vol. 24, 1989, pp. 207−212(MgとTiOの従来の混合物および機械的合金の比較)を参照のこと。Khrussanova, et al., “On the Hydriding of a Mechanically Alloyed Mg(90%)−V (10%) Mixture”, International Journal of Hydrogen Energy, vol. 15, No. 11, 1990, pp. 799−805(MgとVの二元機械的合金の水素吸蔵特性の研究)、およびKhrussanova, et al., “Hydriding of Mechanically Alloyed Mixtures of Magnesium With MnO, Fe, and NiO”, Materials Research Bulletin, vol. 26, 1991, pp. 561−567(MgとMnO、Fe、およびNiOとの二元機械的合金の水素吸蔵特性の研究)も参照のこと。最後に、Khrussanova, et al., “The Effect of the d−Electron Concentration on the Absorption Capacity of Some Systems for Hydrogen Storage”, Materials Research Bulletin, vol. 26, 1991, pp. 1291−1298(Mgと3−d金属酸化物の機械的合金を含む、材料の水素吸蔵特性に対する高密度d電子効果の研究)、およびMitov, et al., “A Mossbauer Study of a Hydrided Mechanically Alloyed Mixture of Magnesium and Iron(III) Oxide”, Materials Research Bulletin, vol. 27, 1992, pp. 905−910(MgとFeの二元機械的合金の水素吸蔵特性の研究)も参照のこと。 Later, in the late 1980s and early 1990s, a group of Bulgarian scientists (sometimes in collaboration with a group of Russian scientists) studied the hydrogen storage properties of mechanical alloys of magnesium and metal oxides. Khrussanova, et al. , “Hydriding Kinetics of Mixtures Containing Some 3d-Transition Metal Oxides and Magnesium, Zeitschrift for Physiqueol Chemieol. 164, 1989, pp. 1261- 1266 (binary mixture of Mg and TiO 2, V 2 O 5, and Cr 2 O 3 and comparison of mechanical alloying), and Peshev, et al. "Surface Composition of Mg--TiO 2 Mixtures for Hydrogen Storage, Prepared by Different Methods", Materials Research Bulletin, vol. 24, 1989, pp. 207-212 (comparison of conventional mixtures and mechanical alloys of Mg and TiO 2 ). Khrussanova, et al. , “On the Hydraulics of a Mechanically Alloyed Mg (90%) — V 2 O 5 (10%) Mixture”, International Journal of Hydrogen Energy, vol. 15, no. 11, 1990, pp. 799-805 (study of the hydrogen storage properties of a binary mechanical alloy of Mg and V 2 O 5), and Khrussanova, et al. , “Hydriding of Mechanically Alloyed Mixtures of Magnitude With MnO 2 , Fe 2 O 3 , and NiO”, Materials Research Bulletin, vol. 26, 1991, pp. 561-567 (Mg and MnO 2, Fe 2 O 3, and the study of hydrogen storage properties of a binary mechanical alloys of NiO) See also. Finally, Khrussanova, et al. , “The Effect of the d-Electron Concentration on the Absorption Capacity of Some Systems for Hydrologic Storage”, Materials Research Bulletin. 26, 1991, pp. 1291-1298 (study of high-density d-electron effects on the hydrogen storage properties of materials, including mechanical alloys of Mg and 3-d metal oxides), and Mitov, et al. , “A Mossbauer Study of a Hybridized Alloyed Mixed of Magnitude and Iron (III) Oxide”, Materials Research Bulletin, Vol. 27, 1992, pp. See also 905-910 (Study of hydrogen storage properties of binary mechanical alloys of Mg and Fe 2 O 3 ).

より近年、中国人科学者のグループがMgと他の金属との幾つかの機械的合金の水素吸蔵特性を研究している。Yang, et al., “The Thermal Stability of Amorphous Hydride Mg50Ni5054 and Mg30Ni7045”, Zeitschrift fur Physikalische Chemie, Munchen, vol. 183, 1994, pp. 141−147(機械的合金Mg50Ni50およびMg30Ni70の水素吸蔵特性の研究)、また、Lei, et al., “Electrochemical Behavior of Some Mechanically Alloyed Mg−Ni−based Amorphous Hydrogen Storage Alloys”, Zeitschrift fur Physikalische Chemie, Munchen, vol. 183, 1994, pp. 379−384(Mg−NiとCo、Si、Al、Co−Siとの幾つかの機械的合金の電気化学的[すなわち、Ni−MH電池]特性の研究)を参照のこと。 More recently, a group of Chinese scientists have studied the hydrogen storage properties of some mechanical alloys of Mg and other metals. Yang, et al. , “The Thermal Stability of Amorphous Hydride Mg 50 Ni 50 H 54 and Mg 30 Ni 70 H 45 ”, Zeitschiff fur Physiklishe Chemie, Munch. 183, 1994, pp. 141-147 (a study of the hydrogen storage properties of mechanical alloys Mg 50 Ni 50 and Mg 30 Ni 70 ), Lei, et al. , “Electrochemical Behavior of Some Mechanically Alloyed Mg-Ni-based Amorphous Storage Storage Alloys”, Zeitschrift fur Physichemis. 183, 1994, pp. 379-384 (Study of electrochemical [ie, Ni-MH battery] properties of several mechanical alloys of Mg-Ni and Co, Si, Al, Co-Si).

短距離秩序、すなわち局所的秩序は、組成的に変化する材料および該材料の合成方法(Compositionally Varied Materials and Method for Synthesizing the Materials)と題するOvshinskyの米国特許第4,520,039号において詳述されており、その内容は引用により組み込まれる。この特許は、無秩序化材料がいかなる周期的な局所秩序をも必要とせず、局所的配置をより高い精度と制御により、類似の、もしくは異なる原子もしくは原子群の空間的および方向的配置が可能になり、その結果、新規現象を定量的に生成することが可能であることを開示した。加えて、この特許は、用いられる原子を「d帯」原子または「f帯」原子に制限する必要はなく、材料の物理的特性に、したがって、材料の機能に影響を及ぼすように、人工的に設計された局所的環境との相互作用の様相および/または電子軌道重複が物理的、電子的、または化学的に重要な役割を果たす如何なる原子でもあり得ることを論じている。これらの材料の成分は、d電子軌道の多方向性のため、様々な結合可能性を提供する。d電子軌道の多方向性(「ポーキュパイン効果」)は、密度の、したがって、活性部位の著しい増加をもたらす。これらの技術は、同時に幾つかの異なる形で無秩序である新規材料を合成する手段を与える。   Short range order, or local order, is described in detail in Ovshinsky, U.S. Pat. No. 4,520,039, entitled Compositionally Changed Materials and Methods for Synthesizing the Materials. The contents of which are incorporated by reference. This patent states that disordered materials do not require any periodic local ordering, and allow for spatial and directional arrangement of similar or different atoms or groups of atoms with higher accuracy and control of the local arrangement. As a result, it has been disclosed that a novel phenomenon can be generated quantitatively. In addition, this patent does not require the atoms used to be limited to “d-band” or “f-band” atoms, but to artificially influence the physical properties of the material and thus the function of the material. It is discussed that the interaction aspect with the local environment and / or electron orbital overlap can be any atom that plays an important role physically, electronically or chemically. The components of these materials offer various bondability due to the multi-directional nature of the d-electron orbitals. The multi-directionality of d-electron orbitals (“pocupine effect”) results in a significant increase in density and hence active site. These techniques provide a means to synthesize new materials that are disordered in several different forms at the same time.

Ovshinskyは、そのバルクが望ましい比較的純粋な材料に似ている非晶質膜を作製することにより、表面部位の数を大幅に増加できることを以前に示した。Ovshinskyは、また、複数の成分を用いて、必要とされる電気化学的特徴を材料が達成することを可能にする化学結合の増加および局所環境秩序を得た。Principles and Applications of Amorphicity, Structural Change, and Optical Information Encoding, 42 Journal De Physique at C4−1096 (October 1981)においてOvshinskyが説明するように、
「非晶質性とは、長距離周期性を立証するX線回折像の欠如を指す一般用語であり、物質の十分な説明ではない。非晶質物質を理解するのに考慮すべき幾つかの重要な要素が存在する。すなわち、化学結合のタイプ、局所的秩序によって生成される結合の数、すなわち、その配位数、及び化学的および幾何学的な局所的環境全体が結果として生じた様々な配置に与える影響である。非晶質性は、原子を硬質の球として考えてそれを無作為に充填して作られるものでもなく、非晶質性固体は単に原子が無作為に埋め込まれている母体でもない。非晶質物質は、電子配置が自由エネルギーにより生ずる力によって生成される相互作用性マトリックスで構成されるものとして見られるべきであり、それらは構成原子の化学的性質および配位によって具体的に定義することができる。多電子軌道原子を成分としまた様々な調製技術を用いて、平衡状態に復帰させようとする正常の緩和現象の進行を阻害し、かつ、非晶質状態が三次元の自由度を持つため、まったく新たなタイプの非晶質物質−化学変性物質を作製することができる…。」
非晶質性が膜に表面部位を導入する手段としてひとたび理解されると、その結果のあらゆる種類、例えば、多孔性、位相幾何学的性質、結晶性、部位の特徴、および部位間の距離など、を考慮に入れた「無秩序」を生成することが可能になった。したがって、秩序付けられた結晶構造を持つ材料中に偶発的に生じる表面のボンドおよび表面の無秩序性が最大になるような材料変化を探索するよりも、OvshinskyおよびECDの彼のチームは「無秩序化」材料を構築し始め、そこで望ましい無秩序性を人工的に設計した。米国特許第4,623,597号(その開示は引用により本願に組み込まれる)を参照のこと。
Ovshinsky has previously shown that the number of surface sites can be significantly increased by creating an amorphous film whose bulk resembles a relatively pure material that is desirable. Ovshinsky also used multiple components to gain increased chemical bonding and local environmental order that allowed the material to achieve the required electrochemical characteristics. Principals and Applications of Amorphicity, Structural Change, and Optical Information Encoding, 42 Journal De Physique at C4-1096 (October in 198)
“Amorphous is a general term that refers to the lack of X-ray diffraction patterns that demonstrate long-range periodicity and is not a sufficient description of the material. Some things to consider to understand amorphous materials The result is the type of chemical bond, the number of bonds produced by local order, ie its coordination number, and the entire chemical and geometric local environment. Amorphous is not created by thinking of atoms as hard spheres and randomly filling them, but amorphous solids are simply randomly embedded with atoms. Amorphous materials should be viewed as being composed of an interactive matrix in which the electronic configuration is generated by forces generated by free energy, which includes the chemical nature of the constituent atoms and By coordination It can be defined physically, using multi-electron orbital atoms as components and using various preparation techniques to inhibit the progress of normal relaxation phenomenon to return to equilibrium state, and the amorphous state Because it has three-dimensional freedom, it is possible to create a completely new type of amorphous material-chemically modified material ... "
Once amorphous is understood as a means of introducing surface sites into the membrane, all kinds of consequences such as porosity, topological properties, crystallinity, site characteristics, and distance between sites, etc. It is now possible to generate “disorders” that take into account. Rather than exploring material changes that maximize the surface bonds and surface disorder that occur accidentally in materials with ordered crystal structures, Ovshinsky and his team at ECD “We began building materials, where we artificially designed the desired disorder. See US Pat. No. 4,623,597, the disclosure of which is incorporated herein by reference.

「無秩序化」という用語は、電気化学的電極材料を指すのにここで用いられる場合、文献において用いられる用語の意味、例えば、以下のものに相当する。   The term “disordered” as used herein to refer to an electrochemical electrode material corresponds to the meaning of the term used in the literature, for example:

無秩序化半導体は幾つかの構造状態で存在することができる。この構造要素は、[物質]...の物理特性を制御することができる新たな変数を構成する。さらに、構造的な無秩序は、熱力学的平衡の制限を遙かに超える新たな組成物および混合物を準安定状態で調製する可能性を開く。したがって、我々は以下の点をさらなる識別特徴として記す。多くの無秩序化[物質]...において、短距離秩序パラメータを制御し、それにより、成分に新たな配位数を強いること...を含めて、これらの材料の物理特性の劇的な変化を達成することが可能である。           A disordered semiconductor can exist in several structural states. This structural element is [material]. . . Construct a new variable that can control the physical properties of Furthermore, structural disorder opens up the possibility of preparing new compositions and mixtures in a metastable state that far exceed the limits of thermodynamic equilibrium. Therefore, we note the following points as further distinguishing features. Many disordered [materials]. . . In, control the short-range order parameter, thereby forcing a new coordination number to the component. . . It is possible to achieve dramatic changes in the physical properties of these materials, including

S. R. Ovshinsky, The Shape of Disorder, 32 Journal of Non−Crystalline Solids at 22 (1979)(強調を加えた)。   S. R. Ovshinsky, The Shape of Disorder, 32 Journal of Non-Crystalline Solids at 22 (1979) (with emphasis).

これらの無秩序化材料の「短距離秩序」がOvshinskyによってThe Chemical Basis of Amorphicity: Structure and Function, 26:8−9 Rev. Roum. Phys. at 893−903 (1981)においてさらに説明されている。   “Short range order” of these disordered materials is described by Ovshinsky in The Chemical Basis of Amorphity: Structure and Function, 26: 8-9 Rev. Room. Phys. at 893-903 (1981).

「短距離秩序は保存量ではない...。実際、結晶の対称性が破壊されるとき、同じ短距離秩序を保持することは不可能になる。その理由は、短距離秩序が電子軌道の力場によって制御され、したがって、対応する結晶および非晶質固体において環境が根本的に異なっていなければならないことである。換言すると、それは局所的化学結合とその物質の電気的、化学的、および物理的特性を決定するそれらの周囲環境との相互作用であり、これらが非晶質物質においてそれらが結晶性物質であるときと同じではあり得ない...。非晶質物質の三次元空間内には存在し得るが結晶性物質にはない電子軌道上の関係は新たな幾何学的考察の基礎であり、その多くは自然状態で本質的に反結晶性である。結合の歪み及び原子の位置ずれは単一成分物質において非晶質性が生じる妥当な理由であり得る。しかしながら、非晶質性を十分に理解するには、それが結晶格子の並進対称性と両立しない内部の位相幾何学的性質を生成するものであるため、非晶質状態において本質的な三次元の関係を理解しなければならない。非晶質状態において重要なことは、いかなる結晶性の対応物をも持たず、主として化学組成において類似であるものさえない無限の物質を作製することができるという事実である。これらの原子の空間的およびエネルギー的な関係は、それらの化学成分が同じであり得るとしても、非晶質および結晶形態においてはまったく異なるものであり得る...。」
上述の、無秩序化材料の諸原理に基づき、非常に効率的な電気化学的水素吸蔵陰極材料の3種類を配合した。これらの陰極材料の種類は、個別的にまた一括して、以下「オボニック(Ovonic)」と呼ぶ。第1種はLa−Ni型陰極材料であり、これは、近年、無秩序化多成分合金、すなわち、「オボニック」になるように、希土類元素、例えば、Ce、Pr、Ndおよび他の金属、例えば、Mn、Al、およびCoの添加により著しく変性されている。第二種はTi−Ni型陰極材料であり、これは本願発明の譲受人によって導入および開発され、無秩序化された多成分合金、すなわち、「オボニック」になるように、遷移金属、例えば、Zr、Vおよび他の金属性変性剤成分、例えば、Mn、Cr、Al、Fe等の添加によって著しく変性されている。第3種は、米国特許第5,506,069号、第5,616,432号、および第5,554,456号(これらの開示は引用によりここに組み込まれる)に記載される無秩序化多成分MgNi型陰極材料である。
“Short-range order is not a conserved quantity ... In fact, when the symmetry of the crystal is broken, it is impossible to maintain the same short-range order. It is controlled by a force field and therefore the environment must be radically different in the corresponding crystalline and amorphous solids, in other words it is a local chemical bond and the electrical, chemical, and These are interactions with their surrounding environment that determine physical properties, and these cannot be the same in amorphous materials as when they are crystalline materials ... 3D space of amorphous materials Electron orbital relationships that can exist within but not in crystalline materials are the basis for new geometrical considerations, many of which are inherently anti-crystalline in the natural state. Is a single component However, to fully understand the amorphous nature, it generates internal topological properties that are incompatible with the translational symmetry of the crystal lattice. Therefore, it is necessary to understand the essential three-dimensional relationship in the amorphous state, what is important in the amorphous state is that it does not have any crystalline counterpart and is mainly similar in chemical composition. The fact is that infinite materials can be made that are not even the spatial and energetic relationships of these atoms, even though their chemical constituents may be the same, the amorphous and crystalline forms Can be quite different ... "
Based on the principles of the disordered material described above, three types of highly efficient electrochemical hydrogen storage cathode materials were formulated. These types of cathode materials are individually and collectively referred to below as “Ovonic”. The first type is a La-Ni 5- type cathode material, which has recently become a disordered multi-component alloy, i.e., "ovonic", rare earth elements such as Ce, Pr, Nd and other metals, For example, it is significantly modified by the addition of Mn, Al, and Co. The second type is a Ti—Ni type cathode material, which is introduced and developed by the assignee of the present invention and is a disordered multi-component alloy, ie “ovonic”, transition metal, eg Zr. , V and other metallic modifier components such as Mn, Cr, Al, Fe, etc. are significantly modified. The third is a disordered polymorphism described in US Pat. Nos. 5,506,069, 5,616,432, and 5,554,456, the disclosures of which are incorporated herein by reference. Component MgNi type cathode material.

Ovshinskyの‘597特許に表される諸原理に基づき、オボニックTi−V−Zr−Ni型活性材料がSapru、Fetcenkoらの米国特許第4,451,400号(‘400特許)(その開示は引用によりここに組み込まれる)に開示されている。このオボニック材料の第2種は、水素吸蔵のため、可逆的に水素化物を形成する。‘400特許において用いられるすべての材料はTi−V−Ni組成を用い、少なくともTi、V、およびNiを含み、それが少なくとも1種類又は1種類以上のCr、Zr、およびAlと共に存在する。‘400特許の材料は、一般には多相多結晶性材料であり、これらに限定されるものではないが、C 14 およびC15 .型結晶構造を有するTi−V−Zr−Ni材料の1つまたは1つ以上の相が含まれ得る。他のオボニックTi−V−Zr−Ni合金は、改良された電荷保持電気化学的水素吸蔵合金および改良された電荷保持電気化学的電池(Enhanced Charge Retention Electrochemical Hydrogen Storage Alloys and an Enhanced Charge Retention Electrochemical Cell)と題する、共通に譲渡されている米国特許第4,728,586号(‘586特許)(その開示は引用により組み込まれる)に記載されている。 Based on the principles expressed in the Ovshinsky '597 patent, the Ovonic Ti-V-Zr-Ni type active material is disclosed in U.S. Pat. Incorporated herein by reference). The second kind of ovonic material reversibly forms a hydride because of hydrogen storage. All materials used in the '400 patent use a Ti-V-Ni composition and contain at least Ti, V, and Ni, which are present with at least one or more of Cr, Zr, and Al. The materials of the '400 patent are generally multiphase polycrystalline materials, including but not limited to C 14 and C 15 . One or more phases of Ti-V-Zr-Ni material having a type crystal structure may be included. Other Ovonic Ti-V-Zr-Ni alloys include improved charge retention electrochemical hydrogen storage alloys and improved charge retention electrochemical hydrogen storage alloys and enchanted charge energies. Commonly assigned US Pat. No. 4,728,586 (the '586 patent), the disclosure of which is incorporated by reference.

金属電解質界面の特徴的な表面の粗さは、共通に譲渡されている、Reichman、Venkatesan、Fetcenko、Jeffries、Stahl、およびBennetの米国特許第4,716,088号(その開示は引用により組み込まれる)に開示されるように、その材料の無秩序性の結果である。多くの合金およびそれらの相に加えて、すべての構成成分がその金属全体を通して存在するため、それらは表面および金属/電解質界面に形成されるクラックにも露出している。したがって、特徴的な表面の粗さは、アルカリ性環境におけるホスト材料と合金およびその合金の結晶相の物理的および化学的特性の相互作用の現れである。水素吸蔵合金材料内の個々の相の顕微鏡的レベルにおける化学的、物理的、および結晶学的パラメータはその巨視的電気化学的な特徴を決定する上で重要である。   The characteristic surface roughness of the metal electrolyte interface is commonly assigned, US Pat. No. 4,716,088 to Reichman, Venkatesan, Fetcenko, Jeffries, Stahl, and Bennet, the disclosure of which is incorporated by reference. As a result of the disorder of the material. In addition to many alloys and their phases, all constituents are present throughout the metal, so they are also exposed to cracks formed at the surface and at the metal / electrolyte interface. Thus, the characteristic surface roughness is a manifestation of the interaction of the physical and chemical properties of the host material with the alloy and the crystalline phase of the alloy in an alkaline environment. Chemical, physical, and crystallographic parameters at the microscopic level of the individual phases within the hydrogen storage alloy material are important in determining its macroscopic electrochemical characteristics.

その粗面化表面の物理的性質に加えて、V−Ti−Zr−Ni型合金は表面状態および粒径は定常状態に到達する傾向があることが観察されている。この定常状態における表面状態は比較的高濃度の金属ニッケルを特徴とする。これらの観察は、チタンの酸化物とジルコニウムの酸化物が析出により表面から比較的高速に除去されること、及びニッケルの溶解速度がより低速であることと一貫している。その結果生じる表面は、水素吸蔵陰極のバルク組成物から期待されるものよりも高濃度のニッケルを有する。金属状態のニッケルは導電性および触媒性であり、これらの特性を表面に付与する。結果として、水素吸蔵陰極の表面は、表面がより高い濃度の絶縁性酸化物を含む場合と比較して、触媒性と導電性がより高い。   In addition to the physical properties of the roughened surface, it has been observed that V-Ti-Zr-Ni type alloys tend to reach a steady state in surface state and grain size. This steady state surface condition is characterized by a relatively high concentration of metallic nickel. These observations are consistent with the relatively rapid removal of titanium and zirconium oxides from the surface by precipitation and the slower dissolution rate of nickel. The resulting surface has a higher concentration of nickel than expected from the bulk composition of the hydrogen storage cathode. Nickel in the metallic state is conductive and catalytic and imparts these properties to the surface. As a result, the surface of the hydrogen storage cathode is more catalytic and conductive than when the surface contains a higher concentration of insulating oxide.

導電性および触媒性成分である金属ニッケルを有する陰極の表面は、金属水素化物合金との相互作用により電気化学的な充電および放電反応過程の触媒作用をする他に、高速の気体再結合を促進する。   Cathodic surface with metallic nickel, a conductive and catalytic component, facilitates fast gas recombination in addition to catalyzing electrochemical charging and discharging processes through interaction with metal hydride alloys To do.

最後に、米国特許第5,616,432号(‘432特許)において、Ovonic Battery Companyの研究者らは本発明の複合水素吸蔵材料の基本合金に類似するMg−Ni−Co−Mn合金を製造した。これらの合金の貯蔵容量は約2.7重量パーセントに限ぎられ、30℃では吸蔵水素は合金から脱離しなかった。図1は‘432特許の薄膜合金(記号△)のPCT曲線を本発明の複合水素吸蔵材料(記号◆)のものと共にプロットする。見られるように、本発明の水素吸蔵複合材料は4重量パーセントを上回る水素を吸収し、さらに注目すべきことはこの水素を30℃の温度で脱離できることである。   Finally, in US Pat. No. 5,616,432 (the '432 patent), researchers at Ovonic Battery Company manufactured an Mg—Ni—Co—Mn alloy similar to the basic alloy of the composite hydrogen storage material of the present invention. did. The storage capacity of these alloys was limited to about 2.7 weight percent, and no stored hydrogen was desorbed from the alloys at 30 ° C. FIG. 1 plots the PCT curve of the '432 patent thin film alloy (symbol Δ) along with that of the composite hydrogen storage material (symbol ◆) of the present invention. As can be seen, the hydrogen storage composite material of the present invention absorbs more than 4 weight percent of hydrogen, and it should be noted that this hydrogen can be desorbed at a temperature of 30 ° C.

本発明は触媒を用いて、比較的純粋なMg材料における水素吸収/脱離を不溶性触媒性物質を用いて促進し、かつ大容量のMgベースの材料の脱離温度を幾らかの粒子成長阻害剤を添加することによって低下させる。   The present invention uses a catalyst to promote hydrogen absorption / desorption in relatively pure Mg material with an insoluble catalytic material, and some particle growth inhibition of the desorption temperature of large volume Mg-based materials It is lowered by adding an agent.

本発明は、マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金、および該マグネシウムベースの水素吸蔵合金に不溶性であり、かつ、1)該マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金のバルク内の触媒性物質の独立した分散領域、2)該マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の粒子表面上の独立した分散領域、3)バルクもしくは粒状形態にある該マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金表面上の触媒性物質の連続または半連続層、または4)それらの組み合わせ、の形態にある水素脱離触媒を含むマグネシウムベースの水素吸蔵材料を提供する。好ましくは、マグネシウムベースの水素吸蔵合金は少なくとも80原子パーセントのマグネシウムを含み、またアルミニウムを含むこともできる。好ましくは、水素脱離触媒は鉄を含み、B、Cu、Pd、V、Ni、C、Mn、Zr、Rb、Nb、Ti、UおよびScからなる群より選択される1つまたは1つ以上の元素を含むことができる。   The present invention relates to magnesium or a magnesium-based hydrogen storage alloy, and is insoluble in the magnesium-based hydrogen storage alloy, and 1) independent dispersion of the catalytic material in the bulk of the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy 2) Independent dispersion regions on the surface of the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy particles, 3) Continuous or semi-catalytic material on the surface of the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy in bulk or granular form A magnesium-based hydrogen storage material comprising a hydrogen desorption catalyst in the form of a continuous layer, or 4) combinations thereof, is provided. Preferably, the magnesium-based hydrogen storage alloy includes at least 80 atomic percent magnesium and may also include aluminum. Preferably, the hydrogen desorption catalyst comprises iron and is one or more selected from the group consisting of B, Cu, Pd, V, Ni, C, Mn, Zr, Rb, Nb, Ti, U and Sc Can be included.

本発明は、さらに、マグネシウムベースの水素吸蔵材料の製造方法を含む。そのような方法の1つは、a)マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の粉末および水素脱離触媒の粉末を混合し、b)混合された粉末を圧縮して緊密体とし、c)該緊密体を450℃ないし600℃の温度で焼結/焼鈍することを含む。好ましくは、焼結/焼鈍は少なくとも10時間行う。   The present invention further includes a method for producing a magnesium-based hydrogen storage material. One such method is: a) mixing magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy powder and hydrogen desorption catalyst powder; b) compressing the mixed powder into a compact; c) the compact Sintering / annealing the body at a temperature of 450 ° C to 600 ° C. Preferably, the sintering / annealing is performed for at least 10 hours.

別の製造方法としては、a)マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の粉末および水素脱離触媒の粉末の溶融物を保護雰囲気中で形成し、b)該溶融物を攪拌して溶融マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金内での水素脱離触媒の不溶性粉末の懸濁を確実なものとし、c)懸濁された水素脱離触媒の不溶性粉末が固相のマグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金内に十分に分布するように攪拌された溶融物を急冷することを含む。   Another production method includes: a) forming a melt of magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy powder and hydrogen desorption catalyst powder in a protective atmosphere; and b) stirring the melt to form molten magnesium or magnesium. Ensure suspension of insoluble powder of hydrogen desorption catalyst in base hydrogen storage alloy, and c) Insoluble powder of hydrogen desorption catalyst in solid phase magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy Quenching the agitated melt so that it is well distributed.

さらに別の方法は、a)該マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の粉末および該水素脱離触媒の粉末を混合し、b)該水素脱離触媒の粉末粒子が少なくとも該マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の粉末粒子の表面に埋め込まれるように、磨砕機によって該混合物を機械的に合金化することを含む。好ましくは、ヘプタンおよび炭素粉末を、該混合物の機械的合金化の間、摩砕助剤として用いる。   Yet another method is: a) mixing the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy powder and the hydrogen desorption catalyst powder; b) the hydrogen desorption catalyst powder particles are at least the magnesium or magnesium-based hydrogen. Mechanically alloying the mixture by an attritor so as to be embedded in the surface of the powder particles of the storage alloy. Preferably heptane and carbon powder are used as grinding aids during mechanical alloying of the mixture.

さらなる方法は、a)バルクもしくは粒状のマグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金を提供し、b)触媒性物質の連続もしくは半連続層を該バルクもしくは粒状のマグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の表面上に、蒸着、電気分解コーティングもしくは無電解コーティングによって被着させることを含む。好ましくは、コーティングは該触媒性物質の蒸発によって形成し、約100オングストローム厚である。   Further methods include: a) providing a bulk or granular magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy, b) applying a continuous or semi-continuous layer of catalytic material on the surface of the bulk or granular magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy. And depositing by vapor deposition, electrolytic coating or electroless coating. Preferably, the coating is formed by evaporation of the catalytic material and is about 100 angstroms thick.

上記技術を組み合わせることにより、触媒は複数の方法で分散することができる。バルクもしくは粒状のマグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金は、a)該マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の溶融物を形成し、そして b)該マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金をバルク急冷法によって急冷することによって生成することができる。有用なバルク急冷法には、溶融紡糸法、遠心噴霧法、ガス噴霧法、または水噴霧法が含まれる。   By combining the above techniques, the catalyst can be dispersed in multiple ways. Bulk or granular magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy a) forms a melt of the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy, and b) quenches the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy by bulk quenching. Can be generated. Useful bulk quenching methods include melt spinning, centrifugal spraying, gas spraying, or water spraying.

本発明者らは、Mg及びMgベースの合金中での溶解度が非常に低い鉄および/または他の元素が合金内でのMgもしくはMgベースの結晶子の粒子成長を妨げ、そのようなMg材料からの水素の脱離を触媒することを見出している。したがって、本発明は、マグネシウムベースの水素吸蔵材料であって、該マグネシウムベースの水素吸蔵材料において実質的に不溶である鉄および/または他の元素よって水素の脱離が触媒される水素吸蔵材料を提供する。この不溶性触媒性物質は、1)水素吸蔵材料バルクにおける触媒性物質の独立した分散領域、2)水素吸蔵材料の粒子表面上の独立した分散領域、3)バルクもしくは粒子状の水素吸蔵材料表面上の触媒性物質の連続もしくは半連続層、または4)それらの組み合わせの形態であり得る。触媒性物質は、合金化プロセスの間に特別な急冷法によって、または機械的合金化法によって添加することができる。触媒性物質は、熱蒸発法、磁気スパッタリングのようなプロセスにより、または電解メッキもしくは無電解メッキ法により、マグネシウムベースの合金の表面に塗布することもできる。   We have found that Mg and Mg-based alloys with very low solubility in Mg and Mg-based alloys prevent the growth of Mg or Mg-based crystallites in the alloy, such Mg materials Has been found to catalyze the desorption of hydrogen from water. Accordingly, the present invention provides a magnesium-based hydrogen storage material, wherein the hydrogen storage material is catalyzed by the elimination of hydrogen by iron and / or other elements that are substantially insoluble in the magnesium-based hydrogen storage material. provide. This insoluble catalytic material is composed of 1) an independent dispersion region of the catalytic material in the hydrogen storage material bulk, 2) an independent dispersion region on the particle surface of the hydrogen storage material, and 3) on the surface of the bulk or particulate hydrogen storage material. In the form of continuous or semi-continuous layers of the catalytic material, or 4) combinations thereof. The catalytic material can be added during the alloying process by a special quenching method or by a mechanical alloying method. The catalytic material can also be applied to the surface of the magnesium-based alloy by a process such as thermal evaporation, magnetic sputtering, or by electrolytic or electroless plating.

Mg中での固相溶解度がほとんどない元素を粒子成長阻害剤/脱離触媒として用いることができる。具体的な候補には、Fe(0.00043原子%の溶解度を有する)、Rb(<0.05原子%の溶解度を有する)、Nb、Ti、V、およびUが含まれる。加えて、マグネシウム中での固相溶解度が限ぎられている元素を上に列挙される元素との金属間化合物の一部として用いて、粒子境界の結晶子成長を阻害する物質を形成することができる。候補には、Mn(溶解度=Mg中で0.99原子%)およびZr(溶解度=Mg中で1.042原子%)が含まれる。   Elements with little solid phase solubility in Mg can be used as particle growth inhibitors / desorption catalysts. Specific candidates include Fe (having a solubility of 0.00043 atomic%), Rb (having a solubility of <0.05 atomic%), Nb, Ti, V, and U. In addition, using an element with limited solid-phase solubility in magnesium as part of the intermetallic compound with the elements listed above to form a substance that inhibits crystallite growth at the grain boundary Can do. Candidates include Mn (solubility = 0.99 atomic% in Mg) and Zr (solubility = 1.042 atomic% in Mg).

マグネシウム(99.8%、−325メッシュ)、アルミニウム(99.5%、−325メッシュ)、鉄(99.9+%、10ミクロン)の純粋な金属粉末および他の微量成分からなる原料をメノウ乳鉢−乳棒で混合した。10種類の異なる組成物を生成し、それらの重量パーセントでの組成を表1に列挙する。硬質スチール・ダイを用いて混合した粉末を直径1cmおよび長さ1cmのペレットに圧縮した。圧縮したペレットを石英管に入れ、500℃以上の温度で22時間、真空下で焼結した。

Figure 2007522917
An agate mortar made of pure metal powder of magnesium (99.8%, -325 mesh), aluminum (99.5%, -325 mesh), iron (99.9 +%, 10 microns) and other trace components -Mix with pestle. Ten different compositions were produced and their composition in weight percent is listed in Table 1. The mixed powder was compressed into 1 cm diameter and 1 cm long pellets using a hard steel die. The compressed pellet was placed in a quartz tube and sintered under vacuum at a temperature of 500 ° C. or higher for 22 hours.
Figure 2007522917

図1は、500℃で焼結/焼鈍されたMM−1試料の後方散乱モードで撮影された走査電子顕微鏡写真(SEM)である。このSEMは、Mgの主マトリックス内に埋め込まれているFeおよびAlFe金属間化合物の相分離を示す。FeおよびFeに富む相は直径がほぼ数ミクロンであり、その相間距離は約10−20ミクロンである。図2はこの試料のX線回折パターンであり、これはRigaku Mini Flexで記録された。これはFeおよびFeAlとMgの主相との共存を明瞭に示す。 FIG. 1 is a scanning electron micrograph (SEM) taken in backscatter mode of a MM-1 sample sintered / annealed at 500 ° C. This SEM shows the phase separation of Fe and Al 5 Fe 2 intermetallics embedded in the main matrix of Mg. Fe and Fe rich phases are approximately a few microns in diameter and the interphase distance is about 10-20 microns. FIG. 2 is an X-ray diffraction pattern of this sample, which was recorded with a Rigaku Mini Flex. This clearly shows the coexistence of Fe and FeAl with the main phase of Mg.

図3は、240℃で測定された同じ材料の圧力−濃度等温(PCT)曲線のプロットである。見てわかるように、非常に平坦なプラトー圧が約1800トルに見出された。すべての吸収/脱離は可逆的であり、水素の最大容量は5wt%である。図4は、MM−1合金の水素吸収パーセント対時間(すなわち、吸収速度)を様々な温度でプロットする。図4において示されるように、温度が上昇するに従って吸収反応速度が改善される。これも見てとれるように、吸収温度が高すぎる場合、最大貯蔵容量は減少する(270℃での例を参照)。したがって、最適化された吸収温度を見出すことは反応速度と貯蔵容量との均衡であることがわかる。MM−1材料については、約240℃の吸収温度が最も最適であることが見出された。120−150PSIの最大水素供給圧で、90%を上回る水素が2時間以内に吸収された。より高い水素供給圧力で、吸収プロセスの時間はさらに減少する。図5は、MM−1の脱離した水素のパーセント対時間(すなわち、脱離速度)を240℃でプロットする。この温度で、90%の水素が1時間以内に放出された。   FIG. 3 is a plot of the pressure-concentration isothermal (PCT) curve of the same material measured at 240 ° C. As can be seen, a very flat plateau pressure was found at about 1800 torr. All absorption / desorption is reversible and the maximum hydrogen capacity is 5 wt%. FIG. 4 plots the percent hydrogen absorption versus time (ie, absorption rate) for the MM-1 alloy at various temperatures. As shown in FIG. 4, the absorption reaction rate improves as the temperature increases. As can be seen, if the absorption temperature is too high, the maximum storage capacity is reduced (see example at 270 ° C.). It can therefore be seen that finding an optimized absorption temperature is a balance between reaction rate and storage capacity. For the MM-1 material, an absorption temperature of about 240 ° C. was found to be most optimal. At a maximum hydrogen supply pressure of 120-150 PSI, over 90% of the hydrogen was absorbed within 2 hours. At higher hydrogen feed pressures, the absorption process time is further reduced. FIG. 5 plots the percent of hydrogen desorbed from MM-1 versus time (ie, desorption rate) at 240 ° C. At this temperature, 90% of the hydrogen was released within 1 hour.

別のMM−1材料を、実施例1において説明されるプロセスにより、焼結/焼鈍温度を変化させて製造した。図6は、それぞれ570℃および600℃で焼結/焼鈍した試料のPCT曲線をプロットする。570℃で焼結/焼鈍された材料のPCTが実施例1の材料(500℃で焼結/焼鈍されたもの)からの変位が僅かであるのに対して、600℃で焼結/焼鈍された材料は僅かに高い圧力で幅広いプラトーをもたらす。   Another MM-1 material was produced by varying the sintering / annealing temperature by the process described in Example 1. FIG. 6 plots the PCT curves of samples sintered / annealed at 570 ° C. and 600 ° C., respectively. The PCT of the material sintered / annealed at 570 ° C. is slightly displaced from the material of Example 1 (sintered / annealed at 500 ° C.) whereas it is sintered / annealed at 600 ° C. The resulting material provides a broad plateau at slightly higher pressure.

MM−1の機械的に合金化された(MA)粉末を、純粋な元素マグネシウム(99.8%、−325メッシュ)、アルミニウム(99.5%、−325メッシュ)、および鉄(99.9+%、10ミクロン)の混合物から調製した。粉砕はクローム鋼破砕ボールを搭載した摩砕機において行った。機械的合金化プロセスは、アルゴン雰囲気下、1%グラフィイトおよびヘプタンを添加して材料の摩砕機壁面上でのケーク形成を回避しながら行った。典型的な粉砕時間は2時間である。図7はこの試料のSEM後方散乱顕微鏡写真である。この図は、この材料内での著しい相分離を示す。領域1(写真上の明るい対照物)がFeおよびAl粉末で充填されているのに対して、領域2(中央の暗領域)はすべてマグネシウムである。この試料のXRDプロットである図8は、このプロセスによって形成されるいかなる非晶質金属間生成物の徴候も示さない。MA−MM−1粉末を延展ニッケル金属基体上にプレスした後、両側を100オングストロームの表面触媒としての鉄で被覆した。   MM-1 mechanically alloyed (MA) powder was purified from pure elemental magnesium (99.8%, -325 mesh), aluminum (99.5%, -325 mesh), and iron (99.9+). %, 10 microns). The pulverization was performed in a grinder equipped with chrome steel crushing balls. The mechanical alloying process was performed under argon atmosphere while adding 1% graphite and heptane to avoid cake formation on the grinder wall of the material. A typical grinding time is 2 hours. FIG. 7 is a SEM backscattering micrograph of this sample. This figure shows significant phase separation within this material. Region 1 (the bright contrast on the photo) is filled with Fe and Al powder, whereas region 2 (the central dark region) is all magnesium. The XRD plot of this sample, FIG. 8, does not show any signs of any amorphous intermetallic product formed by this process. After MA-MM-1 powder was pressed onto an extended nickel metal substrate, both sides were coated with 100 Å of iron as a surface catalyst.

図9は、240℃で測定されたMA−MM−1のPCT曲線のプロットである。圧力プラトーは、Mg貯蔵相とFe触媒相との距離が変動するため、焼結されたMM−1よりも高く、変化する反応速度のスペクトルを示す。最大水素貯蔵容量は5.0から5.7%に増加し、その水素は240℃で完全に脱離した。図10は、MA−MM−1試料の240℃、210℃、180℃、および150℃でのPCT脱離曲線をプロットする。プラトー圧は温度と共に増加する。この現象は熱平衡的な考慮から期待されるものである。しかしながら、最大貯蔵容量は温度の低下と共に減少する。この特徴は熱平衡モデルとは一致しない。この異常は吸収反応速度に対する温度の影響のためだと信じられる。すなわち、このPCT分析は特定の時間的拘束のうちで行われ、したがって、低温での水素貯蔵容量を過小評価した可能性がある。平衡を達成するのにより多くの時間を費ひやすことが可能であったならば、これらの低温で測定されたものよりも大きい最大容量が達成されたかもしれない。   FIG. 9 is a plot of the MA-MM-1 PCT curve measured at 240 ° C. The pressure plateau is higher than the sintered MM-1 due to the variation in the distance between the Mg storage phase and the Fe catalyst phase and exhibits a varying reaction rate spectrum. The maximum hydrogen storage capacity increased from 5.0 to 5.7% and the hydrogen was completely desorbed at 240 ° C. FIG. 10 plots the PCT desorption curves of the MA-MM-1 sample at 240 ° C., 210 ° C., 180 ° C., and 150 ° C. The plateau pressure increases with temperature. This phenomenon is expected from thermal equilibrium considerations. However, the maximum storage capacity decreases with decreasing temperature. This feature is not consistent with the thermal equilibrium model. This anomaly is believed to be due to the effect of temperature on the absorption reaction rate. That is, this PCT analysis was performed within a specific time constraint, and therefore it may have underestimated the hydrogen storage capacity at low temperatures. If it was possible to spend more time to achieve equilibrium, a maximum capacity greater than those measured at these lower temperatures may have been achieved.

MM−1の設計組成を有する原料を、表面を雰囲気から隔離し、かつ金属液体からのマグネシウムの過剰の蒸発を防止するために融剤を追加して、空気作動型誘導炉に入れた。追加のアルゴンを隔離ブランケットとしてるつぼに供給し、溶融金属の酸化を防止した。るつぼ内ですべての成分を溶融した後、溶融物を型に傾斜注入し、室温に徐々に冷却した。生じたインゴットの成分を誘導結合プラズマ(TCP)分析によって検査したところ、鉄の痕跡は検出されなかった。この比較例から、従来の誘導溶融技術ではMgバルク中に鉄を組み込むことができないことがわかる。   A feedstock having the design composition of MM-1 was placed in an air-operated induction furnace with the addition of a flux to isolate the surface from the atmosphere and prevent excessive evaporation of magnesium from the metal liquid. Additional argon was fed into the crucible as an isolation blanket to prevent molten metal oxidation. After all the ingredients were melted in the crucible, the melt was poured into a mold and cooled gradually to room temperature. When the resulting ingot components were examined by inductively coupled plasma (TCP) analysis, no traces of iron were detected. From this comparative example, it can be seen that conventional induction melting technology cannot incorporate iron into the Mg bulk.

上からのMg−Alインゴットを底部注入型溶融紡糸機に入れた。温度を融点以上まで上昇させた後、液体を水冷銅ホイール上に注入して長いリボンとした。図11はこのリボンの断面のSEM後方散乱顕微鏡写真であり、これは非常に均一なMg−Al合金を示す。次に、そのリボンを小片に切断し、実施例3において説明されるものと同じMAプロセスのため、摩砕機に入れた。次いで、粉砕された粉末をNi延展金属基体上にプレスし、両面を100オングストロームのFeで被覆した。   The Mg—Al ingot from above was placed in the bottom injection melt spinning machine. After raising the temperature to above the melting point, the liquid was poured onto a water-cooled copper wheel to form a long ribbon. FIG. 11 is a SEM backscattering micrograph of the ribbon cross section, which shows a very uniform Mg—Al alloy. The ribbon was then cut into small pieces and placed in a grinder for the same MA process as described in Example 3. The ground powder was then pressed onto a Ni-extended metal substrate and coated on both sides with 100 angstroms of Fe.

このMS+MA−MM−1は比較的低い温度で良好な水素脱離動態を示す。図12は150℃で測定されたこの試料のPCTプロットを示す。観察された吸収/脱離圧力ヒステリシスは低い測定温度のためである。それにもかかわらず、250トルでの脱離プラトーは非常に注目すべきものである。図13は、3つの異なるプロセス(すなわち、焼結、MAのみ、MS+MA)について様々な温度での最大可逆的水素貯蔵容量を比較する。MS+MAプロセスは最も低い脱離開始温度(90℃)をもたらすが、Fe相の不均一な分布のため、最大可逆的容量も最も小さい。MAのみの試料は最も高い脱離温度での開始(150℃)を示すが、可逆的貯蔵容量は最も高い。   This MS + MA-MM-1 shows good hydrogen desorption kinetics at a relatively low temperature. FIG. 12 shows a PCT plot of this sample measured at 150 ° C. The observed absorption / desorption pressure hysteresis is due to the low measurement temperature. Nevertheless, the detachment plateau at 250 Torr is very noteworthy. FIG. 13 compares the maximum reversible hydrogen storage capacity at various temperatures for three different processes (ie, sintering, MA only, MS + MA). The MS + MA process results in the lowest desorption initiation temperature (90 ° C.), but the maximum reversible capacity is also the smallest due to the non-uniform distribution of the Fe phase. The MA only sample shows the onset at the highest desorption temperature (150 ° C.), but the reversible storage capacity is the highest.

MM−1の標準組成を有する原料を、溶融表面を雰囲気から隔離し、かつ液体金属からの過剰のマグネシウム蒸発を防止するために追加した融剤と共に、空気作動型誘導炉に入れた。追加のアルゴンを隔離ブランケットとしてるつぼに供給し、金属の酸化を防止した。溶融合金を手動で攪拌し、非混和性のFeAlおよびFe相を液体中に均一に懸濁させた。この液体をアルゴンで保護されたひしゃくによって水冷の急冷型に傾斜注入し、FeおよびFeAl相を最終生成物に組み入れた。図14このようにして作ったインゴットの断面のSEM顕微鏡写真であり、これはMgのホストマトリックス中でのFeAlおよびFe二次相の均一な分布を示す。このFe包含物はサイズが約1ミクロンである。ICP分析はこのインゴットにおけるFeおよびAlの存在を確認した。液体中での適正な攪拌、例えば、二次攪拌コイル、不活性気体通気、回転るつぼ等を用いる他のバルク急冷法、例えば、溶融紡糸法、遠心噴霧法、ガス噴霧法、水噴霧法は類似の結果を達成し得る。図15は本発明の様々な処理方法によって製造された水素吸蔵粉末材料の微小構造の模式図である。すべての方法が、従来技術よりも実質的に低い温度で、可逆的水素吸蔵体を製造することを可能にする。   A feedstock with a standard composition of MM-1 was placed in an air-operated induction furnace with a flux added to isolate the molten surface from the atmosphere and prevent excessive magnesium evaporation from the liquid metal. Additional argon was supplied to the crucible as an isolation blanket to prevent metal oxidation. The molten alloy was manually agitated to uniformly suspend the immiscible FeAl and Fe phases in the liquid. This liquid was decanted into a water-cooled quench mold with an argon-protected ladle, and Fe and FeAl phases were incorporated into the final product. FIG. 14 is a SEM micrograph of the cross section of the ingot thus produced, which shows a uniform distribution of FeAl and Fe secondary phases in the Mg host matrix. This Fe inclusion is about 1 micron in size. ICP analysis confirmed the presence of Fe and Al in the ingot. Appropriate stirring in liquids, for example secondary stirring coils, inert gas ventilation, other bulk quenching methods using rotating crucibles, eg melt spinning, centrifugal spraying, gas spraying, water spraying are similar Results can be achieved. FIG. 15 is a schematic view of the microstructure of the hydrogen storage powder material produced by various processing methods of the present invention. All methods make it possible to produce a reversible hydrogen storage material at a temperature substantially lower than that of the prior art.

本明細書の図面、考察、説明、および例は単に本発明の特定の態様を説明するものであり、その実施を制限しようとするものではない。本発明の範囲を定義するものは、すべての等価物を含めて、以下の請求の範囲である。   The drawings, discussion, descriptions, and examples herein are merely illustrative of specific embodiments of the invention and are not intended to limit its implementation. It is the following claims, including all equivalents, that define the scope of the invention.

圧縮され、500℃を上回る温度で22時間、真空下で焼結された純金属粉末から作製された本発明の水素吸蔵材料の、後方散乱モードで撮影された走査電子顕微鏡写真(SEM)。Scanning electron micrograph (SEM) taken in backscatter mode of a hydrogen storage material of the present invention made from pure metal powder that was compressed and sintered under vacuum at a temperature above 500 ° C. for 22 hours. 図1の材料のX線回折パターン。X-ray diffraction pattern of the material of FIG. 240℃で測定された、図1の材料の圧力−濃度等温線(PCT)のプロット。1 is a pressure-concentration isotherm (PCT) plot of the material of FIG. 1 measured at 240 ° C. FIG. 図1の材料の水素吸収パーセント対時間(すなわち、吸収速度)を様々な温度でプロットする。The percent hydrogen absorption versus time (ie, absorption rate) for the material of FIG. 1 is plotted at various temperatures. 図1の材料の脱離する水素のパーセント対時間(すなわち、脱離速度)を240℃でプロットする。The percent hydrogen desorbed versus time (ie, desorption rate) for the material of FIG. 1 is plotted at 240 ° C. 図1のものと同じ組成を有するが、それぞれ570および600℃で焼結/焼鈍されている試料のPCT曲線をプロットする。1 plots the PCT curve of a sample having the same composition as that of FIG. 1, but sintered / annealed at 570 and 600 ° C., respectively. 図1の材料と同じ組成を有するが機械的合金化によって形成された本発明による別の材料のSEM後方散乱顕微鏡写真。FIG. 2 is a SEM backscatter photomicrograph of another material according to the present invention having the same composition as the material of FIG. 1 but formed by mechanical alloying. 図7の材料のXRDプロット。XRD plot of the material of FIG. 240℃で測定された、図7の材料のPCT曲線のプロット。Plot of the PCT curve of the material of FIG. 7 measured at 240 ° C. 図7の材料のPCT吸収曲線を240℃、210℃、180℃、および150℃でプロットする。The PCT absorption curves for the material of FIG. 7 are plotted at 240 ° C., 210 ° C., 180 ° C., and 150 ° C. 本発明による材料の製造に用いられる、非常に均一なMg−Al合金の溶融紡糸リボンの断面のSEM後方散乱顕微鏡写真。2 is a SEM backscatter photomicrograph of a cross-section of a very uniform Mg-Al alloy melt-spun ribbon used in the manufacture of the material according to the invention. 本発明による水素吸蔵材料の150℃でのPCTプロットを示すものであり、この材料は、機械的に合金化され、延展されたニッケル基体上に平坦にプレスされ、かつ100オングストロームの鉄で両側が被覆されている、図1の材料を用いて製造された。FIG. 3 shows a PCT plot at 150 ° C. of a hydrogen storage material according to the present invention, which is mechanically alloyed, pressed flat on an extended nickel substrate, and 100 angstroms of iron on both sides. Manufactured using the coated material of FIG. 図1、7および12の材料の、様々な温度での最大可逆水素貯蔵容量の比較プロット。Comparative plot of maximum reversible hydrogen storage capacity of the materials of FIGS. 1, 7 and 12 at various temperatures. 図1の材料の組成物の製造に必要な成分金属粉末を、溶融物を連続的に攪拌して不溶性物質を懸濁させながら誘導溶融および鋳造することによって製造されたインゴットの断面のSEM顕微鏡写真。SEM micrograph of a cross-section of an ingot produced by induction melting and casting the component metal powder necessary for the production of the composition of the material of FIG. 1 while continuously agitating the melt and suspending the insoluble material. . 本発明の様々な処理方法によって製造される水素吸蔵粉末材料の微小構造の模式図。The schematic diagram of the microstructure of the hydrogen storage powder material manufactured by the various processing methods of this invention.

Claims (22)

マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金と、
水素脱離触媒と、
を含むマグネシウムベースの水素吸蔵材料であって、前記水素脱離触媒が前記マグネシウムベースの水素吸蔵合金に不溶であり、
1)前記マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金のバルク中の触媒性物質の独立した分散領域、
2)前記マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の粒子表面上の独立した分散領域、
3)バルクもしくは粒子状形態にある前記マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金表面上の触媒性物質の連続もしくは半連続層、または
4)それらの組み合わせ、
の形態にある水素吸蔵材料。
Magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy,
A hydrogen desorption catalyst;
A magnesium-based hydrogen storage material containing, wherein the hydrogen desorption catalyst is insoluble in the magnesium-based hydrogen storage alloy,
1) Independent dispersion region of the catalytic substance in the bulk of the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy,
2) An independent dispersion region on the particle surface of the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy,
3) a continuous or semi-continuous layer of catalytic material on the surface of said magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy in bulk or particulate form, or 4) combinations thereof,
Hydrogen storage material in the form of
前記マグネシウムベースの水素吸蔵合金が少なくとも80原子パーセントのマグネシウムを含む、請求項1のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。   The magnesium-based hydrogen storage material of claim 1, wherein the magnesium-based hydrogen storage alloy comprises at least 80 atomic percent magnesium. 前記マグネシウムベースの水素吸蔵合金がアルミニウムをさらに含む、請求項2のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。   The magnesium-based hydrogen storage material of claim 2, wherein the magnesium-based hydrogen storage alloy further comprises aluminum. 前記水素脱離触媒が鉄を含む、請求項1のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。   The magnesium-based hydrogen storage material of claim 1, wherein the hydrogen desorption catalyst comprises iron. 前記水素脱離触媒がB、Cu、Pd、V、Ni、C、Mn、Zr、Rb、Nb、Ti、UおよびScからなる群より選択される1種類又は1種類以上の元素をさらに含む、請求項4のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。   The hydrogen desorption catalyst further comprises one or more elements selected from the group consisting of B, Cu, Pd, V, Ni, C, Mn, Zr, Rb, Nb, Ti, U and Sc; The magnesium-based hydrogen storage material according to claim 4. 前記水素脱離触媒が前記マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金のバルク中に触媒性物質の独立した分散領域を含む、請求項1のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。   The magnesium-based hydrogen storage material of claim 1, wherein the hydrogen desorption catalyst comprises an independent dispersion region of catalytic material in the bulk of the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy. a)前記マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の粉末および前記水素脱離触媒の粉末を混合する工程と、
b)混合された粉末を圧縮して緊密体とする工程と、
c)前記緊密体を450℃ないし600℃の温度で焼結/焼鈍する工程と、
によって形成される、請求項6のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。
a) mixing the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy powder and the hydrogen desorption catalyst powder;
b) compressing the mixed powder into a compact body;
c) sintering / annealing the tight body at a temperature of 450 ° C. to 600 ° C .;
The magnesium-based hydrogen storage material of claim 6 formed by:
前記焼結/焼鈍を少なくとも10時間行う、請求項7のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。   The magnesium-based hydrogen storage material of claim 7, wherein the sintering / annealing is performed for at least 10 hours. a)前記マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の粉末および前記水素脱離触媒の粉末の溶融物を保護雰囲気中で形成する工程と、
b)前記溶融物を攪拌して溶融マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金中での前記水素脱離触媒の不溶性粉末の懸濁を確実なものとする工程と、
c)懸濁された前記水素脱離触媒の不溶性粉末が固相のマグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金内に十分に分布するように攪拌された溶融物を急冷する工程と、
によって形成される、請求項6のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。
a) forming a melt of the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy powder and the hydrogen desorption catalyst powder in a protective atmosphere;
b) stirring the melt to ensure suspension of the insoluble powder of the hydrogen desorption catalyst in molten magnesium or a magnesium-based hydrogen storage alloy;
c) quenching the stirred melt so that the suspended insoluble powder of the hydrogen desorption catalyst is well distributed within the solid magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy;
The magnesium-based hydrogen storage material of claim 6 formed by:
前記水素脱離触媒が前記マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の粒子表面上の独立した分散領域を含む、請求項1のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。   The magnesium-based hydrogen storage material of claim 1, wherein the hydrogen desorption catalyst comprises an independent dispersed region on a particle surface of the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy. a)前記マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の粉末および前記水素脱離触媒の粉末を混合する工程と、
b)前記水素脱離触媒の粉末粒子が前記マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の粉末粒子の少なくとも表面に埋め込まれるように、磨砕機において前記混合物を機械的に合金化する工程と、
によって形成される、請求項10のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。
a) mixing the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy powder and the hydrogen desorption catalyst powder;
b) mechanically alloying the mixture in a grinder so that the powder particles of the hydrogen desorption catalyst are embedded in at least the surface of the powder particles of the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy;
The magnesium-based hydrogen storage material of claim 10 formed by:
ヘプタンおよび炭素粉末を破砕助剤として前記混合物の機械的合金化の際に用いる、請求項10のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。   11. The magnesium-based hydrogen storage material according to claim 10, wherein heptane and carbon powder are used as a crushing aid during mechanical alloying of the mixture. 前記水素脱離触媒が、バルクもしくは粒子状形態にある前記マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金表面上の触媒性材料の連続もしくは半連続層を含む、請求項1のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。   The magnesium-based hydrogen storage material of claim 1, wherein the hydrogen desorption catalyst comprises a continuous or semi-continuous layer of catalytic material on the surface of the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy in bulk or particulate form. a)バルクもしくは粒子状のマグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金を生成する工程と、
b)触媒性物質の連続もしくは半連続層を前記バルクもしくは粒子状のマグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の表面上に、蒸着、電気分解コーティングもしくは無電解コーティングによって被着させる工程と、
によって形成される、請求項13のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。
a) producing bulk or particulate magnesium or a magnesium-based hydrogen storage alloy;
b) depositing a continuous or semi-continuous layer of catalytic material on the surface of said bulk or particulate magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy by vapor deposition, electrolysis coating or electroless coating;
The magnesium-based hydrogen storage material of claim 13 formed by:
触媒性物質の連続もしくは半連続層を前記バルクもしくは粒子状のマグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金表面上に被着させる工程が前記触媒性物質の蒸発を含む、請求項14のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。   15. The magnesium based hydrogen storage of claim 14, wherein depositing a continuous or semi-continuous layer of catalytic material on the bulk or particulate magnesium or magnesium based hydrogen storage alloy surface comprises evaporation of the catalytic material. material. 前記触媒性物質の連続もしくは半連続層が約100オングストロームの厚みである、請求項13のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。   14. The magnesium-based hydrogen storage material of claim 13, wherein the continuous or semi-continuous layer of catalytic material is about 100 angstroms thick. 前記バルクもしくは粒子状のマグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金を生成する工程が、バルクもしくは粒子状のマグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金内に独立した分散領域の状態で配置されている水素脱離触媒を有するバルクもしくは粒子状のマグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金を提供することを含む、請求項14のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。   A hydrogen desorption catalyst in which the step of producing the bulk or particulate magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy is arranged in a state of independent dispersion in the bulk or particulate magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy 15. The magnesium-based hydrogen storage material of claim 14, comprising providing bulk or particulate magnesium or a magnesium-based hydrogen storage alloy having: 前記バルクもしくは粒子状のマグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金を生成工程が、
a)前記マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の粉末および前記水素脱離触媒の粉末を混合し、
b)混合された粉末を圧縮して緊密体とし、
c)前記緊密体を450℃ないし600℃の温度で焼結/焼鈍する、
ことを含む、請求項17のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。
The step of producing the bulk or particulate magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy,
a) mixing the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy powder and the hydrogen desorption catalyst powder;
b) Compressing the mixed powder into a compact body,
c) sintering / annealing the tight body at a temperature of 450 ° C. to 600 ° C .;
The magnesium-based hydrogen storage material of claim 17, comprising:
前記焼結/焼鈍を少なくとも10時間行う、請求項18のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。   The magnesium-based hydrogen storage material of claim 18, wherein the sintering / annealing is performed for at least 10 hours. 前記バルクもしくは粒子状のマグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金を生成する工程が、
a)前記マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の粉末および前記水素脱離触媒の粉末の溶融物を保護雰囲気中で形成し、
b)前記溶融物を攪拌して溶融マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金中での前記水素脱離触媒の不溶性粉末の懸濁を確実なものとし、
c)懸濁された前記水素脱離触媒の不溶性粉末が固相のマグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金内に十分に分布するように溶融物を急冷する、
ことを含む、請求項17のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。
Producing the bulk or particulate magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy,
a) forming a melt of the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy powder and the hydrogen desorption catalyst powder in a protective atmosphere;
b) stirring the melt to ensure suspension of the insoluble powder of the hydrogen desorption catalyst in molten magnesium or a magnesium-based hydrogen storage alloy;
c) quenching the melt so that the suspended insoluble powder of the hydrogen desorption catalyst is well distributed within the solid magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy;
The magnesium-based hydrogen storage material of claim 17, comprising:
前記バルクもしくは粒子状のマグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金を生成する工程が、
a)前記マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金の溶融物を形成し、
b)前記マグネシウムもしくはマグネシウムベースの水素吸蔵合金をバルク急冷法によって急冷する、
ことを含む、請求項14のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。
Producing the bulk or particulate magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy,
a) forming a melt of said magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy;
b) quenching the magnesium or magnesium-based hydrogen storage alloy by bulk quenching;
The magnesium-based hydrogen storage material of claim 14, comprising:
前記バルク急冷法が、溶融紡糸法、遠心噴霧法、ガス噴霧法、または水噴霧法を含む、請求項21のマグネシウムベースの水素吸蔵材料。   The magnesium-based hydrogen storage material of claim 21, wherein the bulk quench method comprises a melt spinning method, a centrifugal spray method, a gas spray method, or a water spray method.
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