JP2008043927A - Method of manufacturing hydrogen storage material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池等の燃料として用いられる水素ガスを発生させるための水素貯蔵材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a hydrogen storage material for generating hydrogen gas used as fuel for a fuel cell or the like.
NOXやSOX等の有害物質やCO2等の温室効果ガスを出さないクリーンなエネルギー源として燃料電池の開発が盛んに行われており、既に幾つかの分野で実用化されている。この燃料電池技術を支える重要な技術として、燃料電池の燃料となる水素ガスを貯蔵する技術がある。水素ガスの貯蔵形態としては、高圧ボンベによる圧縮貯蔵や液体水素化させる冷却貯蔵、水素貯蔵物質による貯蔵等が知られている。 NO X and development of fuel cells have been actively as a clean energy source that does not emit greenhouse gases such as toxic substances and CO 2 in the SO X or the like, and is already practiced in several areas. As an important technology that supports this fuel cell technology, there is a technology for storing hydrogen gas as fuel for the fuel cell. Known storage forms of hydrogen gas include compression storage using a high-pressure cylinder, cooling storage using liquid hydrogenation, storage using a hydrogen storage material, and the like.
これら水素貯蔵形態の中の1つである水素貯蔵物質による貯蔵方法は、分散貯蔵や輸送の点で有利である。水素貯蔵物質としては、水素貯蔵効率の高い材料、つまり水素貯蔵物質の単位重量または単位体積あたりの水素貯蔵量が高い材料、低い温度で水素の吸収/放出が行われる材料、良好な耐久性を有する材料が望まれる。 A storage method using a hydrogen storage material, which is one of these hydrogen storage forms, is advantageous in terms of distributed storage and transportation. Hydrogen storage materials include materials with high hydrogen storage efficiency, that is, materials with a high hydrogen storage amount per unit weight or volume of the hydrogen storage material, materials that absorb / release hydrogen at a low temperature, and good durability. A material having is desired.
公知の水素貯蔵物質としては、希土類系、チタン系、バナジウム系、マグネシウム系等を中心とする金属材料、金属アラネード(例えば、NaAlH4やLiAlH4)等の軽量無機化合物、カーボン等が挙げられる。また、例えば、下式(1)で示されるリチウム窒化物を用いた水素貯蔵方法も報告されている(例えば、非特許文献1、2参照)。 Known hydrogen storage materials include metal materials centered on rare earth, titanium, vanadium, magnesium, etc., lightweight inorganic compounds such as metal alanade (for example, NaAlH 4 and LiAlH 4 ), carbon, and the like. In addition, for example, a hydrogen storage method using lithium nitride represented by the following formula (1) has been reported (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).
Li3N + 2H2 ⇔ Li2NH + LiH + H2 ⇔ LiNH2 + 2LiH …(1)
ここで、Li3Nによる水素の吸収は100℃程度から開始し、255℃、30分で9.3質量%の水素吸収が確認されている。また、吸収された水素の放出特性としては、ゆっくり加熱することによって200℃弱で6.3質量%、320℃以上で3.0質量%と、二段階のステップを経ることが報告されている。すなわち、上記(1)式の右辺部分に相当する下式(2)の反応は200℃弱で進行し始め、上記(1)式の左辺部分に相当する下式(3)の反応は約320℃で進行し始めることが示されている。
Li 3 N + 2H 2 ⇔ Li 2 NH + LiH + H 2 ⇔ LiNH 2 + 2LiH (1)
Here, absorption of hydrogen by Li 3 N started from about 100 ° C., and 9.3 mass% hydrogen absorption was confirmed at 255 ° C. for 30 minutes. In addition, it has been reported that the absorption characteristics of absorbed hydrogen pass through two steps: 6.3% by mass at less than 200 ° C. and 3.0% by mass at 320 ° C. or higher by slowly heating. . That is, the reaction of the following formula (2) corresponding to the right side portion of the above formula (1) starts to proceed at a little less than 200 ° C., and the reaction of the following formula (3) corresponding to the left side portion of the above formula (1) is about 320 It has been shown to begin to progress at ° C.
LiNH2 + 2LiH → Li2NH + LiH + H2↑ …(2)
Li2NH + LiH → Li3N + H2↑ …(3)
しかしながら、上記(1)式に示されるリチウム窒化物は、水素放出開始温度および水素放出温度が高いという問題がある。
Li 2 NH + LiH → Li 3 N + H 2 ↑… (3)
However, the lithium nitride represented by the above formula (1) has a problem that the hydrogen release start temperature and the hydrogen release temperature are high.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、水素放出温度の低い水素貯蔵材料を製造するための方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a method for producing a hydrogen storage material having a low hydrogen release temperature.
このような課題を解決するために、発明者らは先に特願2005−280178において、LiHとMg(NH2)2を含む水素貯蔵材料の製造方法について開示した。しかしながら特願2005−280178で開示した水素貯蔵材料でも水素放出温度が十分に低いとは言い難く、さらなる水素放出温度の低温化が求められている。 In order to solve such problems, the inventors previously disclosed a method for producing a hydrogen storage material containing LiH and Mg (NH 2 ) 2 in Japanese Patent Application No. 2005-280178. However, even the hydrogen storage material disclosed in Japanese Patent Application No. 2005-280178 cannot be said to have a sufficiently low hydrogen release temperature, and further reduction in the hydrogen release temperature is required.
また、特願2005−280178で開示した水素貯蔵材料の製造方法では、成分をナノ構造化、複合化させるために、長時間の処理が必要であり、生産性は必ずしもよいとは言えないところがある。そのため、所望する水素放出温度を有する水素貯蔵材料を簡単かつ短時間に製造することができることは、極めて好ましい。 Further, in the method for producing a hydrogen storage material disclosed in Japanese Patent Application No. 2005-280178, it takes a long time to make the components nanostructured and combined, and the productivity is not necessarily good. . Therefore, it is extremely preferable that a hydrogen storage material having a desired hydrogen release temperature can be produced easily and in a short time.
本発明はこのような新たな課題をも解決するものであり、本発明の第1の観点に係る水素貯蔵材料の製造方法は、加熱処理によって得られた、Mg(NH2)2(マグネシウムアミド)とLiH(水素化リチウム)の混合物、を粉砕混合するものである。 The present invention also solves such a new problem, and the method for producing a hydrogen storage material according to the first aspect of the present invention provides Mg (NH 2 ) 2 (magnesium amide) obtained by heat treatment. ) And LiH (lithium hydride) mixture.
本発明の第2の観点に係る水素貯蔵材料の製造方法では、最初に、MgH2(水素化マグネシウム)と金属Mgのいずれか一方または両方とLiNH2(リチウムアミド)とを、MgとLiのモル比がMg:Li=1:1.2〜2.4、より好ましくはMg:Li=1:1.5〜2.2となるように秤量し、さらにこれにLiH(水素化リチウム)を加えたときの全体のMgとLiのモル比がMg:Li=1:2.2〜6となるようにLiHを秤量し、これらを粉砕混合する。次に、この混合粉砕処理により得られた試料を、水素雰囲気下において所定温度に加熱し、所定時間保持することにより、水素貯蔵材料を得る。好ましくは、この加熱処理によって得られる試料をさらに粉砕混合する。 In the method for producing a hydrogen storage material according to the second aspect of the present invention, first, MgH 2 (magnesium hydride), one or both of metal Mg and LiNH 2 (lithium amide) are mixed with Mg and Li. Weigh so that the molar ratio is Mg: Li = 1: 1.2 to 2.4, more preferably Mg: Li = 1: 1.5 to 2.2, and then add LiH (lithium hydride) to this. LiH is weighed so that the total molar ratio of Mg and Li when added is Mg: Li = 1: 2.2 to 6, and these are pulverized and mixed. Next, the sample obtained by the mixing and pulverizing process is heated to a predetermined temperature in a hydrogen atmosphere and held for a predetermined time, thereby obtaining a hydrogen storage material. Preferably, the sample obtained by this heat treatment is further pulverized and mixed.
本発明の第3の観点に係る水素貯蔵材料の製造方法では、最初に、MgH2と金属Mgのいずれか一方または両方とLiNH2とを粉砕混合する。次に、この粉砕混合処理により得られた試料を水素雰囲気下において所定温度に加熱し、所定時間保持する。さらにこの加熱処理により得られた試料にLiHを添加して粉砕混合することで、水素貯蔵材料を得る。好ましくは、MgH2と金属Mgのいずれか一方または両方とLiNH2とにおけるMgとLiのモル比をMg:Li=1:1.2〜2.4、より好ましくはMg:Li=1:1.5〜2.2となるようにし、さらにこれにLiHを加えたときの全体のMgとLiのモル比をMg:Li=1:2.2〜6とする。 In the method for producing a hydrogen storage material according to the third aspect of the present invention, first, MgH 2 , one or both of metal Mg and LiNH 2 are pulverized and mixed. Next, the sample obtained by the pulverization and mixing process is heated to a predetermined temperature in a hydrogen atmosphere and held for a predetermined time. Further, LiH is added to the sample obtained by this heat treatment and pulverized and mixed to obtain a hydrogen storage material. Preferably, the molar ratio of Mg to Li in either or both of MgH 2 and metallic Mg and LiNH 2 is Mg: Li = 1: 1.2 to 2.4, more preferably Mg: Li = 1: 1. The total molar ratio of Mg and Li when LiH is further added is Mg: Li = 1: 2.2-6.
本発明によれば、水素放出温度を低温化させた水素貯蔵材料を従来よりも短い工程で製造することができる利点がある。 According to the present invention, there is an advantage that a hydrogen storage material having a lowered hydrogen release temperature can be produced in a shorter process than in the prior art.
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明に係る水素貯蔵材料の製造方法により得られる水素貯蔵材料は、実質的に、Mg(NH2)2(マグネシウムアミド)とLiH(水素化リチウム)との複合混合物を主成分とする。したがって、この混合物には、未反応の原料成分が含まれていてもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The hydrogen storage material obtained by the method for producing a hydrogen storage material according to the present invention is essentially composed of a composite mixture of Mg (NH 2 ) 2 (magnesium amide) and LiH (lithium hydride). Therefore, this mixture may contain unreacted raw material components.
水素貯蔵材料の第1の製造方法は、加熱処理によって得られた“Mg(NH2)2とLiHの混合物”を粉砕混合する方法である。従来は加熱処理によって得られたMg(NH2)2とLiHの混合物をそのまま用いて水素の吸収/放出に供していたが、この混合物にさらに粉砕処理を施すことで、後述する実施例に示すように、水素放出温度を低温化させることができる。 The first method for producing a hydrogen storage material is a method in which “mixture of Mg (NH 2 ) 2 and LiH” obtained by heat treatment is pulverized and mixed. Conventionally, a mixture of Mg (NH 2 ) 2 and LiH obtained by heat treatment has been used as it is for absorption / release of hydrogen, but by subjecting this mixture to further pulverization treatment, it will be shown in the examples described later. As described above, the hydrogen release temperature can be lowered.
加熱処理によって得られた“Mg(NH2)2とLiHの混合物”とは、MgH2と金属Mgのいずれか一方または両方とLiNH2とを粉砕混合し、これを水素雰囲気中で加熱処理することにより、または真空雰囲気で加熱処理した後に所定温度で水素と反応させることにより得られる混合物や、後述する第2、第3の製造方法によって得られる混合物が挙げられる。なお、MgH2と金属Mgに代えてまたはこれらと一緒にLiNH2との粉砕混合に用いることができるMg原料としては、Mg3N2、MgNH、およびLiMgNのようなマグネシウム化合物が挙げられる。 The “mixture of Mg (NH 2 ) 2 and LiH” obtained by heat treatment is a mixture of MgH 2 and / or metal Mg and LiNH 2, and this is heat-treated in a hydrogen atmosphere. Or a mixture obtained by reacting with hydrogen at a predetermined temperature after heat treatment in a vacuum atmosphere, and a mixture obtained by the second and third production methods described later. Examples of the Mg raw material that can be used for pulverization and mixing of LiNH 2 in place of or together with MgH 2 and metal Mg include magnesium compounds such as Mg 3 N 2 , MgNH, and LiMgN.
なお、上記の真空雰囲気での加熱処理工程を有する製造方法におけるこの真空雰囲気での加熱処理は、原料であるLiNH2の分解を促進して反応性を高め、結果として得られるMg(NH2)2とLiHの混合物の水素貯蔵性能を向上させるために行われる。 Note that the heat treatment in this vacuum atmosphere in the manufacturing method having the heat treatment step in the vacuum atmosphere promotes decomposition of LiNH 2 as a raw material to increase the reactivity, and the resulting Mg (NH 2 ) This is performed in order to improve the hydrogen storage performance of a mixture of 2 and LiH.
粉砕方法には公知の各種粉砕方法を用いることができる。例えば、少量生産の場合には、遊星型ボールミルを用いることができ、大量生産の場合には、発明者らが先に特開2004−306016号公報で開示しているように、ローラーミル,内外筒回転型ミル,アトライター,インナーピース型ミル,気流粉砕型ミル等を用いることができる。また、転動ミル、振動ミルなども好適に用いられる。 Various known grinding methods can be used as the grinding method. For example, a planetary ball mill can be used in the case of small-scale production, and in the case of mass production, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-306016, the inventors previously described a roller mill, an inside and outside A cylinder rotating mill, an attritor, an inner piece mill, an airflow grinding mill, or the like can be used. Moreover, a rolling mill, a vibration mill, etc. are used suitably.
なお、粉砕雰囲気は、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガス雰囲気や水素ガス雰囲気、またはそれらの混合ガス雰囲気とする。さらに、大気の混入を防ぐために、雰囲気圧力は大気圧に対して陽圧であることがより望ましい。 Note that the pulverization atmosphere is an inert gas atmosphere such as argon gas or helium gas, a hydrogen gas atmosphere, or a mixed gas atmosphere thereof. Furthermore, it is more desirable that the atmospheric pressure is a positive pressure with respect to the atmospheric pressure in order to prevent air contamination.
水素貯蔵材料の第2の製造方法は、(A1)MgH2(水素化マグネシウム)と金属Mgのいずれか一方または両方とLiNH2(リチウムアミド)とを、MgとLiのモル比がMg:Li=1:1.2〜2.4、好ましくはMg:Li=1:1.5〜2.2となるように秤量し、さらにこれにLiHを加えたときの全体のMgとLiのモル比がMg:Li=1:2.2〜6となるようにLiHを秤量し、これらを粉砕混合する工程と、(A2)A1工程で得られた試料を、水素雰囲気下において所定温度に加熱し、所定時間保持する工程からなり、好ましくはさらに(A3)A2工程により得られた試料を粉砕(再粉砕)する工程が加えられる。 A second method for producing a hydrogen storage material is as follows: (A1) MgH 2 (magnesium hydride), one or both of metal Mg and LiNH 2 (lithium amide), and the molar ratio of Mg and Li is Mg: Li = 1: 1.2 to 2.4, preferably Mg: Li = 1: 1.5 to 2.2, and the total molar ratio of Mg and Li when LiH is added thereto LiH is weighed so that Mg: Li = 1: 2.2 to 6, and these are pulverized and mixed. (A2) The sample obtained in step A1 is heated to a predetermined temperature in a hydrogen atmosphere. , And a step of holding for a predetermined time. Preferably, (A3) a step of pulverizing (re-grinding) the sample obtained in step A2 is further added.
A1工程において上記の通りに原料として用いるMgH2と金属Mgのいずれか一方または両方とLiNH2とLiHでのMgとLiの比を制御することによって、後述する実施例に示される通り、水素放出温度の低い水素貯蔵材料を得ることができる。 By controlling the ratio of Mg and Li in LiNH 2 and LiH as well as either or both of MgH 2 and metal Mg used as raw materials as described above in the A1 step, hydrogen release as shown in the examples described later A hydrogen storage material having a low temperature can be obtained.
A1工程の粉砕方法は前述の第1の製造方法に用いられる粉砕方法に準ずる。 The pulverization method in step A1 is in accordance with the pulverization method used in the first manufacturing method described above.
A1工程において、LiNH2量が前記比の下限値よりも少ない場合には、A2工程またはA3工程を終了して得られる水素貯蔵材料における水素放出量が小さくなる。一方、LiNH2量が前記比の上限値よりも多い場合には、最終生成物である水素貯蔵材料の水素放出温度が高くなる。 In step A1, when the amount of LiNH 2 is less than the lower limit of the ratio, the amount of hydrogen released in the hydrogen storage material obtained by finishing step A2 or step A3 is reduced. On the other hand, when the amount of LiNH 2 is larger than the upper limit of the ratio, the hydrogen release temperature of the hydrogen storage material that is the final product becomes high.
A1工程において、LiH量が前記比の下限値よりも少ない場合には水素放出温度が高くなり、LiH量が前記比の上限値よりも多い場合には水素放出量が少なくなる。 In step A1, when the amount of LiH is smaller than the lower limit value of the ratio, the hydrogen release temperature is increased, and when the amount of LiH is larger than the upper limit value of the ratio, the amount of released hydrogen is decreased.
A1工程において生じる化学反応は明らかではないが、LiNH2はアンモニアや水素を放出しながらLiHやLi2NH(リチウムイミド)へと変化することから、Mg源として用いたMgH2や金属Mgが、放出されたアンモニアや水素と化合することが考えられる。 Although the chemical reaction occurring in the A1 step is not clear, LiNH 2 changes to LiH or Li 2 NH (lithium imide) while releasing ammonia and hydrogen, so MgH 2 and metal Mg used as the Mg source are It may be combined with the released ammonia or hydrogen.
A2工程は、A1工程で得られた試料を水素放出可能な物質系へと変化させるための処理(以下「水素化処理」という)であり、これによりA1工程で得られた試料を、実質的にMg(NH2)2とLiHとからなる物質構成へと変化させることができる。 The step A2 is a treatment for changing the sample obtained in the step A1 into a material system capable of releasing hydrogen (hereinafter referred to as “hydrogenation treatment”), whereby the sample obtained in the step A1 is substantially changed. In addition, it can be changed to a material structure composed of Mg (NH 2 ) 2 and LiH.
この水素化処理は、水素雰囲気下で試料を一定温度に加熱した状態で行い、好ましくは、140℃〜250℃の範囲で行う。140℃未満の温度では、試料と水素との反応が進み難いために反応に長時間を要してしまい、生産性が低下する。一方、250℃以上とすると、その後に水素を放出させる際の水素放出温度が高くなってしまう。A2工程での処理温度を高くすると水素放出温度が高くなる原因としては、250℃以上に加熱した試料の粉末X線回折(XRD)チャートによれば、Mg(NH2)2やLiH以外のピークが現れることから、もはや低温では水素を放出し難い何らかの相に変化しているものと考えられる。 This hydrogenation treatment is performed in a state where the sample is heated to a constant temperature in a hydrogen atmosphere, and is preferably performed in the range of 140 ° C to 250 ° C. If the temperature is lower than 140 ° C., the reaction between the sample and hydrogen is difficult to proceed, so that a long time is required for the reaction, and the productivity is lowered. On the other hand, if it is 250 ° C. or higher, the hydrogen release temperature when hydrogen is released thereafter becomes high. According to the powder X-ray diffraction (XRD) chart of the sample heated to 250 ° C. or higher, the peak other than Mg (NH 2 ) 2 and LiH is the reason why the hydrogen release temperature increases when the treatment temperature in the A2 step is increased. Appears, it is considered that it has changed to a phase where it is difficult to release hydrogen at low temperatures.
A2工程における水素雰囲気の圧力は陽圧とすることが好ましい。より好ましくは、水素分圧を2MPa以上とすることがよい。これにより試料と水素との反応を促進させることができる。水素雰囲気は、純水素ガス雰囲気に限定されるものではなく、水素ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気であってもよい。この水素化処理は、反応がさらに促進されるように、試料が混合(撹拌)されまたは粉砕混合される条件で行ってもよい。 The pressure of the hydrogen atmosphere in step A2 is preferably a positive pressure. More preferably, the hydrogen partial pressure is 2 MPa or more. As a result, the reaction between the sample and hydrogen can be promoted. The hydrogen atmosphere is not limited to a pure hydrogen gas atmosphere, and may be a mixed gas atmosphere of hydrogen gas and inert gas. This hydrogenation treatment may be performed under conditions where the sample is mixed (stirred) or pulverized and mixed so that the reaction is further promoted.
A3工程は必須の工程ではないが、A3工程を実施することで、後述する実施例に示される通り、A2工程終了後に得られる水素貯蔵材料と比較して、水素放出温度をさらに低下させることができる。このA3工程は、Mg(NH2)2とLiHの微細構造が構築できる程度であればよく、粉砕時間、温度条件、粉砕方法は、水素貯蔵材料に望まれる性能が得られるよう適宜設定される。 Although the A3 step is not an essential step, the hydrogen release temperature can be further reduced by performing the A3 step as compared to the hydrogen storage material obtained after the end of the A2 step, as shown in the examples described later. it can. This A3 process is sufficient as long as the microstructure of Mg (NH 2 ) 2 and LiH can be constructed, and the pulverization time, temperature conditions, and pulverization method are appropriately set so as to obtain the performance desired for the hydrogen storage material. .
次に、水素貯蔵材料の第3の製造方法について説明する。この第3の製造方法は、(B1)MgH2と金属Mgのいずれか一方または両方とLiNH2とを粉砕混合する工程と、(B2)B1工程により得られた試料を水素雰囲気下において所定温度に加熱し、所定時間保持する工程と、(B3)B2工程により得られた試料に水素化リチウムを添加して粉砕混合(追粉砕)する工程からなる。 Next, the 3rd manufacturing method of a hydrogen storage material is demonstrated. In this third production method, (B1) a step of grinding and mixing one or both of MgH 2 and metallic Mg and LiNH 2, and (B2) a sample obtained by the B1 step at a predetermined temperature in a hydrogen atmosphere. And a step of (B3) adding lithium hydride to the sample obtained by the step B2 and pulverizing and mixing (additional pulverization).
B1工程では、MgH2と金属Mgのいずれか一方または両方とLiNH2とにおけるMgとLiのモル比を、好ましくはMg:Li=1:1.2〜2.4とし、より好ましくはMg:Li=1:1.5〜2.2とする。これは、Mg+H2+2LiNH2→Mg(NH2)2+2LiH、または、MgH2+2LiNH2→Mg(NH2)2+2LiH、の反応が生じる組成であるモル比で、Mg:Li=1:2が理想的であると想定される。しかし、本発明者らは、MgH2あるいは金属MgのLiに対するモル比と水素放出量あるいは水素放出温度の関係を鋭意検討した結果、MgH2と金属Mgの一方または両方とLiNH2とにおけるMgとLiのモル比をMg:Li=1:1.2〜2.4とし、より好ましくはMg:Li=1:1.5〜2.2とすることで、水素放出量の増大と水素放出温度の低温化が可能であることを見出した。このように、本発明では、望まれる水素貯蔵材料の性能に合せて、MgとLiのモル比を適宜、好適な組成に設定することができる。 In the B1 step, the molar ratio of Mg and Li in either or both of MgH 2 and metal Mg and LiNH 2 is preferably Mg: Li = 1: 1.2 to 2.4, and more preferably Mg: Li = 1: 1.5 to 2.2. This is a molar ratio that is a composition in which a reaction of Mg + H 2 + 2LiNH 2 → Mg (NH 2 ) 2 + 2LiH or MgH 2 + 2LiNH 2 → Mg (NH 2 ) 2 + 2LiH occurs, and Mg: Li = 1: 2 is assumed to be ideal. However, the present inventors found that a Mg in MgH 2 or metal Mg Li molar ratio and the hydrogen release amount or a result of the relationship of intensive studies of hydrogen release temperature for the, MgH 2 and one or both LiNH 2 Metropolitan metal Mg By increasing the molar ratio of Li to Mg: Li = 1: 1.2 to 2.4, and more preferably Mg: Li = 1: 1.5 to 2.2, the hydrogen release amount increases and the hydrogen release temperature. It was found that the temperature could be lowered. Thus, in the present invention, the molar ratio of Mg and Li can be appropriately set to a suitable composition in accordance with the desired performance of the hydrogen storage material.
B1工程では、第2の製造方法のA1工程と同様に、LiNH2はアンモニアや水素を放出しながらLiHやLi2NH(リチウムイミド)へと変化することから、Mg源として用いたMgH2や金属Mgが、放出されたアンモニアや水素と化合することが考えられる。 In the B1 step, LiNH 2 changes to LiH or Li 2 NH (lithium imide) while releasing ammonia and hydrogen, similarly to the A1 step of the second manufacturing method. Therefore, the MgH 2 used as the Mg source It is conceivable that the metal Mg combines with the released ammonia and hydrogen.
B2工程での水素化処理で、これによりB1工程で得られた試料に含まれるMg化合物をMg(NH2)2へと変化させることができる。B2工程の処理温度および雰囲気は、先に説明した第2の製造方法のA2工程に準ずる。 With the hydrogenation process in the B2 step, the Mg compound contained in the sample obtained in the B1 step can be changed to Mg (NH 2 ) 2 . The treatment temperature and atmosphere in the B2 step are the same as those in the A2 step of the second production method described above.
B2工程終了後に試料にLiHを添加して粉砕混合するというB3工程を行うことにより、得られる水素貯蔵材料の水素放出温度を低下させることができる。このB3工程において、B2工程で得られた反応物に添加するLiHの量は、後述する実施例に示されるように、全体のMgとLiのモル比がMg:Li=1:2.2〜6となるようにすることが好ましく、このような条件が満足されている水素貯蔵材料では、この条件範囲外の水素貯蔵材料よりも水素放出温度が低くなる。なおB3工程において、LiHは水素と同時に放出されるアンモニアを捕捉する効果も示すが、反応物に添加されるLiHのアンモニアを捕捉する特性は、水素貯蔵材料として全体のMgとLiのモル比がMg:Li=1:2.2〜6となる場合に特に発揮される。 By performing the B3 step of adding LiH to the sample and pulverizing and mixing after the completion of the B2 step, the hydrogen release temperature of the obtained hydrogen storage material can be lowered. In this B3 step, the amount of LiH added to the reaction product obtained in the B2 step is such that the overall molar ratio of Mg and Li is Mg: Li = 1: 2.2- Preferably, the hydrogen storage material satisfying such a condition has a lower hydrogen release temperature than a hydrogen storage material outside this range. In Step B3, LiH also shows the effect of capturing ammonia released simultaneously with hydrogen, but the characteristic of capturing LiH ammonia added to the reactant is that the molar ratio of Mg to Li as a whole is a hydrogen storage material. This is particularly true when Mg: Li = 1: 2.2-6.
これら第1〜第3の水素貯蔵材料の製造方法においては、触媒として、B,C,Mn,Fe,Co,Ni,Pt,Pd,Rh,Na,Mg,K,Ir,Nb,La,Ca,Ti,V,Cr,Cu,Zn,Al,Si,Ru,Mo,Ta,Zr,Hf,Agから選ばれた1種または2種以上の元素の金属,塩化物,酸化物を添加することが好ましく、これによりこのような触媒を添加しない場合と比較して、水素放出温度を下げることができる。 In these first to third methods for producing hydrogen storage materials, B, C, Mn, Fe, Co, Ni, Pt, Pd, Rh, Na, Mg, K, Ir, Nb, La, and Ca are used as catalysts. Adding metal, chloride, oxide of one or more elements selected from Ti, V, Cr, Cu, Zn, Al, Si, Ru, Mo, Ta, Zr, Hf, Ag Therefore, the hydrogen release temperature can be lowered as compared with the case where such a catalyst is not added.
このような触媒を添加するタイミングは水素化処理前が好ましく、触媒は被添加物(試料)と粉砕混合されることが好ましい。具体的には、第2の製造方法では、A3工程の再粉砕処理の際に触媒を添加するよりも、秤量した原料にさらに触媒を添加して粉砕混合した場合に、水素放出温度低下の効果が顕著に現れる。第3の製造方法もこれと同様で、LiHを添加する際に触媒を同時に添加するよりも、原料に触媒を添加して粉砕混合し、水素化処理し、さらにLiHを添加して追粉砕処理を行うことが好ましい。 The timing for adding such a catalyst is preferably before the hydrotreatment, and the catalyst is preferably pulverized and mixed with an additive (sample). Specifically, in the second production method, the effect of lowering the hydrogen release temperature is reduced when a catalyst is further added to a weighed raw material and pulverized and mixed, rather than when a catalyst is added during the re-grinding process in step A3. Appears prominently. The third manufacturing method is the same as this. Rather than simultaneously adding the catalyst when adding LiH, the catalyst is added to the raw material, pulverized and mixed, hydrogenated, and further added with LiH for additional pulverization. It is preferable to carry out.
なお、上述した第2,第3の製造方法を組み合わせた製造方法、すなわち、第2の製造方法のA1工程、A2工程を経て得られる試料に、第3の製造方法のB3工程を施すことによっても、水素放出温度を低下させた水素貯蔵材料を得ることができる。 In addition, the manufacturing method which combined the 2nd, 3rd manufacturing method mentioned above, ie, by giving B3 process of the 3rd manufacturing method to the sample obtained through the A1 process of the 2nd manufacturing method, and the A2 process. In addition, a hydrogen storage material having a reduced hydrogen release temperature can be obtained.
また、本系の水素貯蔵材は、上述した製造方法の変形例として、原料としてMg(NH2)2を入手し、これをLiHと粉砕混合すれば製造できることも事実である。しかし、現在、Mg(NH2)2は工業的に大量には生産されていないために、そのものを原料として入手することは困難な状況にある。また、Mg(NH2)2の試薬規模での製造では、予め微粉砕しておいた金属Mgを0.83MPa程度のNH3雰囲気とし、300℃で一昼夜以上処理する必要がある。さらにこれを工業的な製造に移すためには、フローガスにH2が混入するためにフローガスを圧縮冷却してフローガスをNH3とH2に分離する必要もある。このようにMg(NH2)2の製造は、長時間の反応を要するとともにガス分離のためのエネルギー消費が必要となるために、製造単価が高くなることが予想される。 It is also true that the hydrogen storage material of this system can be produced by obtaining Mg (NH 2 ) 2 as a raw material and pulverizing and mixing it with LiH as a modification of the above-described production method. However, since Mg (NH 2 ) 2 is not industrially produced in large quantities, it is difficult to obtain it as a raw material. In addition, in the production of Mg (NH 2 ) 2 on a reagent scale, it is necessary to treat the metal Mg, which has been finely pulverized, in an NH 3 atmosphere of about 0.83 MPa and treat it at 300 ° C. for one day or more. Furthermore, in order to transfer this to industrial production, it is necessary to compress and cool the flow gas to separate the flow gas into NH 3 and H 2 because H 2 is mixed into the flow gas. Thus, the production of Mg (NH 2 ) 2 requires a long reaction time and requires energy consumption for gas separation.
これに対して、MgH2,金属Mg,LiNH2は、原料として大量入手することが容易である。また、2時間程度の反応時間でもMg(NH2)2を製造することができ、水素貯蔵材料として用いる観点からLiHを分離する必要がなく、さらにガス成分の分離も必要がないため、安価に製造することができる。上述したMg(NH2)2とLiHとの混合物の製造方法によれば、このようなメリットを活かして、安定した製造を行うことができる。 On the other hand, MgH 2 , metal Mg, and LiNH 2 can be easily obtained in large quantities as raw materials. In addition, Mg (NH 2 ) 2 can be produced even with a reaction time of about 2 hours, and it is not necessary to separate LiH from the viewpoint of use as a hydrogen storage material, and further, it is not necessary to separate gas components. Can be manufactured. According to the above-described method for producing a mixture of Mg (NH 2 ) 2 and LiH, stable production can be performed taking advantage of such merits.
以下、実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, examples will be described in detail.
水素貯蔵材料の製造には、水素化マグネシウム(MgH2;純度95%,アヅマックス社取り扱い)、水素化リチウム(LiH;純度95%、シグマ・アルドリッチ社製)、リチウムアミド(LiNH2;純度95%、シグマ・アルドリッチ社製)、金属マグネシウム(Mg;純度99.9%、高純度化学研究所製、粒度180μm以下)を用いた。 For the production of hydrogen storage materials, magnesium hydride (MgH 2 ; purity 95%, handled by Amax Co.), lithium hydride (LiH; purity 95%, Sigma-Aldrich), lithium amide (LiNH 2 ; purity 95% Sigma-Aldrich) and magnesium metal (Mg; purity 99.9%, high purity chemical laboratory, particle size 180 μm or less) were used.
[実施例1〜3、比較例1〜3]
実施例1〜3、比較例1〜3の製造条件の概略を表1に示す。1気圧のアルゴン(Ar)雰囲気に保持されたAr純化式グローブボックス(以下「グローブボックス」と記し、その内部は1気圧のArとする)内で、表1に示した組成の通りに、MgH2−LiNH2,Mg−LiNH2,MgH2−Mg−LiNH2を合計で1.3gとなるように秤量し、高クロム鋼製のバルブ付きミル容器(以下「ミル容器」という)に高クロム鋼製ボールとともに投入して密封した。大気雰囲気に設置された遊星型ボールミル装置(Fritsch社製、P5型)にミル容器を装着し、250rpmの回転数で2時間ミリング処理した。
[Examples 1-3, Comparative Examples 1-3]
Table 1 shows the outline of the production conditions of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3. In an Ar-purified glove box (hereinafter referred to as “glove box”, the inside of which is referred to as 1 gm Ar) held in an argon (Ar) atmosphere at 1 atm. 2 -LiNH 2 , Mg—LiNH 2 , MgH 2 —Mg—LiNH 2 were weighed to a total of 1.3 g, and high chromium steel was added to a high chromium steel valve-equipped mill container (hereinafter referred to as “mill container”). It was put together with a steel ball and sealed. A mill container was attached to a planetary ball mill apparatus (Prit type P5, manufactured by Fritsch) installed in an air atmosphere, and milled for 2 hours at a rotational speed of 250 rpm.
その後、グローブボックス内でミリング処理により得られた混合物を内容積が30mlの反応容器(以下「反応容器」という)に移し替えた。実施例1,3および比較例1,3については、この反応容器内を真空排気してその内部を真空雰囲気に保持し、250℃で16時間保持した。 Thereafter, the mixture obtained by milling in the glove box was transferred to a reaction vessel (hereinafter referred to as “reaction vessel”) having an internal volume of 30 ml. In Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1 and 3, the inside of the reaction vessel was evacuated and the inside thereof was kept in a vacuum atmosphere and kept at 250 ° C. for 16 hours.
続いて水素化処理を行った。すなわち、反応容器内に水素圧力が1分間あたり1MPaずつ上昇するように徐々に陽圧にし、10MPa(ゲージ圧)の水素ガス雰囲気として、実施例1と比較例1は200℃で2時間、実施例3と比較例3は200℃で12時間保持した。なお、200℃までの昇温速度は2℃/分とした。実施例2と比較例2については、真空加熱処理を行うことなく、反応容器内を10MPa(ゲージ圧)の水素ガス雰囲気として200℃で12時間保持し、水素化処理を行った。 Subsequently, hydrogenation treatment was performed. That is, the positive pressure was gradually increased so that the hydrogen pressure was increased by 1 MPa per minute in the reaction vessel, and a hydrogen gas atmosphere of 10 MPa (gauge pressure) was performed in Example 1 and Comparative Example 1 at 200 ° C. for 2 hours. Example 3 and Comparative Example 3 were held at 200 ° C. for 12 hours. The rate of temperature increase up to 200 ° C. was 2 ° C./min. For Example 2 and Comparative Example 2, the inside of the reaction vessel was maintained as a hydrogen gas atmosphere of 10 MPa (gauge pressure) at 200 ° C. for 12 hours without performing the vacuum heat treatment, and the hydrogenation treatment was performed.
こうして得られた試料をグローブボックス内で取り出し、実施例1〜3については、取り出した試料を再びミル容器に移し替えて、遊星型ボールミル装置に装着し、250rpmの回転数で120分間、ミリング処理した。こうして得られた試料をグローブボックス内で取り出した。比較例1〜3ではこのような再粉砕処理を行っていない。つまり、この再粉砕処理の有無を実施例1〜3と比較例1〜3とを区別する基準としている。 The sample thus obtained was taken out in the glove box, and for Examples 1 to 3, the taken sample was again transferred to the mill container and mounted on the planetary ball mill device, and milled at 120 rpm for 120 minutes. did. The sample thus obtained was taken out in the glove box. In Comparative Examples 1 to 3, such re-grinding treatment is not performed. That is, the presence or absence of this regrinding process is used as a reference for distinguishing between the first to third embodiments and the first to third comparative examples.
こうして製造した試料の水素放出温度の測定はグローブボックス内に設置された示差熱天秤装置(SIIナノテクノロジー社製TG/DTA6200)を用い、ヘリウムガスフロー中で5℃/分で昇温して測定されたDTAチャートの吸熱ピークのピーク温度を水素放出温度とした。また、常温から400℃に加熱した場合の重量減少量(質量%(mass%))を水素放出量とした。
結果を表1に併記する。実施例1と比較例1の対比、実施例2と比較例2の対比、実施例3と比較例3の対比から明らかなように、再粉砕処理を行うことにより、水素放出温度を34℃〜37℃低下させることができることが確認された。 The results are also shown in Table 1. As is clear from the comparison between Example 1 and Comparative Example 1, the comparison between Example 2 and Comparative Example 2, and the comparison between Example 3 and Comparative Example 3, the hydrogen release temperature was changed from 34 ° C. to 34 ° C. It was confirmed that the temperature could be lowered by 37 ° C.
[実施例4〜16,46〜51、比較例4〜6,13,14]
実施例4〜16,46〜51、比較例4〜6,13,14の製造条件の概略を表2に示す。グローブボックス内で表2に示した組成の通りに、MgH2−LiNH2−LiH,Mg−LiNH2−LiH,MgH2−Mg−LiNH2−LiH、MgH2−LiNH2,Mg−LiNH2,MgH2−Mg−LiNH2を先に説明した実施例1と同様に秤量し、ミリング処理した。
[Examples 4 to 16, 46 to 51, Comparative Examples 4 to 6, 13, and 14]
Table 2 shows the outline of the production conditions of Examples 4 to 16, 46 to 51, and Comparative Examples 4 to 6, 13, and 14. In a glove box as the composition shown in Table 2, MgH 2 -LiNH 2 -LiH, Mg-LiNH 2 -LiH, MgH 2 -Mg-LiNH 2 -LiH, MgH 2 -LiNH 2, Mg-LiNH 2, MgH 2 —Mg—LiNH 2 was weighed and milled in the same manner as in Example 1 described above.
次に各試料について、グローブボックス内でミリング試料を反応容器に移し替え、その内部を真空排気した後、高純度水素ガスを内圧が10MPaとなるように充填し、表2に示す水素化温度および水素化時間で水素化処理した。 Next, for each sample, the milling sample was transferred to the reaction vessel in the glove box, the inside thereof was evacuated, and then filled with high-purity hydrogen gas so that the internal pressure was 10 MPa. Hydrogenation was carried out with a hydrogenation time.
続いて、表2に示す一部の試料については、再びミル容器に移し替えて、遊星型ボールミル装置を用いて250rpmの回転数で表2に示す再粉砕時間だけミリング処理した。こうして得られた試料をグローブボックス内で取り出した。 Subsequently, some of the samples shown in Table 2 were transferred again to the mill container, and milled for the regrinding time shown in Table 2 at a rotational speed of 250 rpm using a planetary ball mill apparatus. The sample thus obtained was taken out in the glove box.
製造した各試料の評価は実施例1に準じ、その結果を表2に併記する。
原料にLiHを用いていない比較例4〜6の水素放出温度のうち最も低い温度(=228℃)を比較例と実施例とを区別する基準とした。また、水素放出量が5mass%未満の試料については、実用的な水素貯蔵量が得られていないと判断し、このような試料も比較例とすることとした。 The lowest temperature (= 228 ° C.) among the hydrogen release temperatures of Comparative Examples 4 to 6 that did not use LiH as a raw material was used as a reference for distinguishing between the comparative example and the example. Moreover, it was judged that practical hydrogen storage amount was not obtained about the sample whose hydrogen discharge | release amount is less than 5 mass%, and such a sample was also used as the comparative example.
実施例4と比較例4、実施例11と比較例5、実施例14と比較例6をそれぞれ対比すると明らかなように、粉砕原料にLiHを加えることにより、水素放出温度を3〜5℃低下させることができることが確認された。また、Mg源としては、金属MgとMgH2のどちらを用いてもよいことがわかる。 As is clear from comparison between Example 4 and Comparative Example 4, Example 11 and Comparative Example 5, Example 14 and Comparative Example 6, respectively, the hydrogen release temperature is reduced by 3 to 5 ° C. by adding LiH to the pulverized raw material. It was confirmed that it can be made. Further, it can be seen that either Mg or MgH 2 may be used as the Mg source.
実施例4と実施例5,6、実施例11と実施例12,13、実施例14と実施例15,16、実施例7と実施例8、実施例9と実施例10、実施例46と実施例47、実施例48と実施例49、実施例50と実施例51をそれぞれ対比すると明らかなように、水素化処理後に再粉砕処理を行うことで、水素放出温度をさらに低下させることができるということが確認された。 Example 4, Example 5, 6, Example 11, Example 12, 13, Example 14, Example 15, 16, Example 7, Example 8, Example 9, Example 10, Example 46 As is clear from the comparison between Example 47, Example 48 and Example 49, Example 50 and Example 51, the hydrogen release temperature can be further lowered by performing re-grinding after hydrogenation. That was confirmed.
表2に示される実施例4〜16,46〜51の組成では、MgH2と金属Mgのいずれか一方または両方とLiNH2におけるMgとLiのモル比をMg:Li=1:2とし、これにLiHを加えたときの全体のMgとLiのモル比をMg:Li=1:2.67〜6としている。表2に示される通り、LiHの添加量が多くなると、水素放出温度が低くなって好ましいが、逆に水素放出量が低下するという好ましくない特性が現れるようになる。比較例13,14では、水素放出量が5mass%よりも小さくなった。このような結果から、LiHを加えたときの全体のMgとLiのモル比におけるLiの上限はMg:Li=1:6と判断した。 In the compositions of Examples 4 to 16 and 46 to 51 shown in Table 2, the molar ratio of Mg: Li in MgH 2 and / or metal Mg and LiNH 2 is Mg: Li = 1: 2. The total molar ratio of Mg and Li when LiH is added to Mg: Li = 1: 2.67-6. As shown in Table 2, when the amount of LiH added is increased, the hydrogen release temperature is preferably lowered, but on the contrary, an undesirable characteristic that the hydrogen release amount is decreased appears. In Comparative Examples 13 and 14, the hydrogen release amount was smaller than 5 mass%. From these results, the upper limit of Li in the molar ratio of Mg to Li as a whole when LiH was added was determined to be Mg: Li = 1: 6.
[実施例17〜25,52〜55]
実施例17〜25,52,53の製造条件の概略を表3に示す。表3に示した組成の通りに、グローブボックス内でMgH2−LiNH2,Mg−LiNH2,MgH2−Mg−LiNH2をそれぞれ先に説明した実施例1と同様に秤量し、ミリング処理した。
[Examples 17 to 25, 52 to 55]
Table 3 shows an outline of the production conditions of Examples 17 to 25, 52, and 53. According to the composition shown in Table 3, MgH 2 —LiNH 2 , Mg—LiNH 2 , MgH 2 —Mg—LiNH 2 were weighed and milled in the same manner as in Example 1 described above. .
得られた試料を、先に説明した実施例4と同様にして表3に示す条件にて、水素化処理した。水素化処理後の試料をグローブボックス内で再びミル容器に移し替え、表3に示す組成の通りにLiH(追加LiH)を秤量してさらに添加し、遊星型ボールミル装置を用いて、250rpmの回転数で15分間または120分間、ミリング処理(追粉砕)した。 The obtained sample was hydrogenated under the conditions shown in Table 3 in the same manner as in Example 4 described above. The sample after the hydrogenation treatment was transferred again to the mill container in the glove box, LiH (additional LiH) was weighed and added according to the composition shown in Table 3, and rotated at 250 rpm using a planetary ball mill device. Milling (additional grinding) was performed for 15 minutes or 120 minutes.
実施例54,55はそれぞれ実施例4,11の試料にさらに表3に示す組成の通りにLiHを秤量してさらに添加し、遊星型ボールミル装置を用いて、250rpmの回転数で120分間、ミリング処理(追粉砕)した試料である。 In Examples 54 and 55, LiH was weighed and added to the samples of Examples 4 and 11 as shown in Table 3, and milled for 120 minutes at a rotation speed of 250 rpm using a planetary ball mill device. This is a sample that has been processed (additionally ground).
こうして製造した各試料の評価は実施例1に準じ、その結果を表3に併記する。
表3に比較のために実施例4,11,14の結果を再掲載する。実施例4と実施例17、実施例11と実施例21、実施例14と実施例25をそれぞれ比較すると、LiHを含む原料を粉砕してその後に水素化する製造方法よりも、LiHを含まない原料を粉砕してその後に水素化し、続いてLiHを添加して追粉砕を行うという製造方法を採用することにより、僅かに製造時間が長くなるだけで、水素放出温度を20℃前後低下させることができることが確認された。また、実施例18,20,22,24に示されるように、追粉砕する時間を長くすることで、さらに水素放出温度を15℃前後低下させることができることが確認された。 Table 3 republishes the results of Examples 4, 11, and 14 for comparison. When Example 4 and Example 17, Example 11 and Example 21, and Example 14 and Example 25 are compared, respectively, LiH is not contained rather than the manufacturing method which grind | pulverizes the raw material containing LiH and hydrogenates after that. By adopting a production method in which the raw material is pulverized and then hydrogenated, followed by additional pulverization by adding LiH, the hydrogen release temperature is reduced by about 20 ° C., with only a slight increase in production time. It was confirmed that Further, as shown in Examples 18, 20, 22, and 24, it was confirmed that the hydrogen release temperature could be further reduced by about 15 ° C. by increasing the time for additional grinding.
実施例17,18と実施例19,20、実施例21,22と実施例23,24をそれぞれ比較すると、添加するLiHの量が多くなると、同じ追粉砕時間でも、水素放出温度は低くなる。しかしながら、実施例52,53の特性に示されるように、LiHの量が多くなると水素放出量が低下するため、過剰なLiHの添加は好ましくないことがわかる。 When Examples 17 and 18 are compared with Examples 19 and 20, and Examples 21 and 22 are compared with Examples 23 and 24, when the amount of LiH added increases, the hydrogen release temperature decreases even during the same additional grinding time. However, as shown in the characteristics of Examples 52 and 53, it can be understood that excessive addition of LiH is not preferable because the amount of released hydrogen decreases as the amount of LiH increases.
実施例54,55の特性に示されるように、LiHを含む粉砕処理物を水素化処理し、さらにLiHを添加して追粉砕を行う製造方法でも、水素放出温度が182〜183℃の水素貯蔵材料が得られることが確認された。 As shown in the characteristics of Examples 54 and 55, even in the production method in which a pulverized product containing LiH is subjected to hydrogenation treatment and further pulverization is performed by adding LiH, the hydrogen storage temperature is 182-183 ° C. It was confirmed that the material was obtained.
[実施例26〜33、比較例7,8]
実施例26〜33、比較例7,8の製造条件の概略を表4に示す。これらの試料の製造方法は、先に説明した実施例4の製造方法における水素化温度を種々に変更した点を除いて、実施例4の製造方法と同様である。表4に製造した試料の評価結果を示す。
Table 4 shows an outline of the production conditions of Examples 26 to 33 and Comparative Examples 7 and 8. The manufacturing method of these samples is the same as the manufacturing method of Example 4 except that the hydrogenation temperature in the manufacturing method of Example 4 described above is variously changed. Table 4 shows the evaluation results of the manufactured samples.
実施例26〜29および実施例4の結果に示されるように、水素化温度が高くなるにつれて水素放出温度も高くなる傾向が確認される。水素化温度が低いと水素放出温度も低くなるが、水素化温度が140℃未満になると、水素化処理に長時間を要することになるというデメリットが生じる。水素化温度が240℃を超える比較例7,8では水素放出温度が228℃(=比較例1の水素放出温度)を超えた。実施例30〜33については、水素放出温度の水素化温度依存性は小さいが、同様の傾向にあることがわかる。 As shown in the results of Examples 26 to 29 and Example 4, it is confirmed that the hydrogen release temperature tends to increase as the hydrogenation temperature increases. If the hydrogenation temperature is low, the hydrogen release temperature also becomes low. However, if the hydrogenation temperature is less than 140 ° C., there is a demerit that a long time is required for the hydrogenation treatment. In Comparative Examples 7 and 8 where the hydrogenation temperature exceeds 240 ° C., the hydrogen release temperature exceeded 228 ° C. (= hydrogen release temperature of Comparative Example 1). About Examples 30-33, it turns out that it is in the same tendency although the hydrogenation temperature dependence of hydrogen release temperature is small.
[実施例34〜38,比較例9〜12]
実施例34〜38,比較例9〜12の製造条件の概略を表5に示す。これらの試料の製造は、先に説明した実施例4の試料製造方法において用いるLiNH2とLiHのモル数を種々に変更した点を除いて、実施例4の製造方法と同様である。表5に製造した試料の評価結果を併記する。なお、表5に示される全ての試料は、全体のMgとLiのモル比はMg:Li=1:2.67となっている。
Table 5 shows an outline of the production conditions of Examples 34 to 38 and Comparative Examples 9 to 12. The production of these samples is the same as the production method of Example 4 except that the number of moles of LiNH 2 and LiH used in the sample production method of Example 4 described above is variously changed. Table 5 shows the evaluation results of the manufactured samples. In all the samples shown in Table 5, the overall molar ratio of Mg and Li is Mg: Li = 1: 2.67.
実施例4,34〜37,59,60と比較例9,10の結果から、LiHを加えた全体のMgとLiの比を一定とした場合に、MgH2とLiNH2におけるMgとLiの比を制御することにより、水素放出温度を制御することができるということが確認された。原料に金属Mgを用いた場合(実施例32,38、比較例11,12)も同様であることが確認された。表5から、LiNH2のモル数が小さくなると水素放出温度が低くなる傾向があるが、LiNH2のモル数が小さくなると水素放出量が小さくなるために、十分な量の水素を取り出すことができなくなることがわかる。一方、LiNH2量が多いと水素放出温度が高くなる。表5に示される結果から、MgH2と金属Mgのいずれか一方または両方とLiNH2におけるMgとLiのモル比はMg:Li=1:1.2〜2.4とし、さらにMg:Li=1:1.5〜2.2とすることが好ましいと判断できる。 From the results of Examples 4, 34 to 37, 59, 60 and Comparative Examples 9 and 10, the ratio of Mg to Li in MgH 2 and LiNH 2 is constant when the overall ratio of Mg and Li to which LiH is added is constant. It was confirmed that the hydrogen release temperature can be controlled by controlling. It was confirmed that the same was true when Mg was used as the raw material (Examples 32 and 38, Comparative Examples 11 and 12). Table 5, although the hydrogen release temperature when the number of moles of LiNH 2 decreases tends to be low, because the hydrogen release amount when the number of moles of LiNH 2 is reduced is reduced, it is possible to take out a sufficient amount of hydrogen I understand that it will disappear. On the other hand, when the amount of LiNH 2 is large, the hydrogen release temperature becomes high. From the results shown in Table 5, the molar ratio of Mg: Li = 1: 1.2 to 2.4 in one or both of MgH 2 and metal Mg and LiNH 2 is Mg: Li = It can be judged that it is preferable to set it as 1: 1.5-2.2.
[実施例39〜42]
実施例39〜42の製造条件の概略を表6に示す。これらの試料の製造は、先に説明した実施例36,38の製造方法において水素化温度を変更した点と、一部の試料については水素化処理後の試料に表6に示す時間の再粉砕処理(例えば、実施例5の製造に適用した再粉砕処理)を施した点とを除いて、実施例36,38の製造方法と同様である。表6に製造した試料の評価結果を併記する。表6に示される全ての試料は、全体のMgとLiのモル比はMg:Li=1:2.67となっている。
Table 6 shows an outline of the production conditions of Examples 39 to 42. These samples were produced by changing the hydrogenation temperature in the production methods of Examples 36 and 38 described above, and, for some samples, regrind the samples after the hydrogenation treatment for the time shown in Table 6 It is the same as that of the manufacturing method of Example 36,38 except the point which performed the process (For example, the regrinding process applied to manufacture of Example 5). Table 6 shows the evaluation results of the manufactured samples. In all the samples shown in Table 6, the overall molar ratio of Mg and Li is Mg: Li = 1: 2.67.
実施例36と実施例39とを比較すると明らかなように、水素化温度を低くすることで水素放出温度を215℃から191℃まで下げることができ、これに加えて水素化処理後に再粉砕処理を施すことで、実施例40,41の評価結果に示される通り、水素放出温度を187℃〜189℃まで低下させることができることが確認された。実施例38と実施例42との比較からも、水素化温度を低くすることで水素放出温度を低くすることができることが確認できる。 As is clear from comparison between Example 36 and Example 39, the hydrogen release temperature can be lowered from 215 ° C. to 191 ° C. by lowering the hydrogenation temperature, and in addition to this, re-pulverization treatment is performed after the hydrogenation treatment. As shown in the evaluation results of Examples 40 and 41, it was confirmed that the hydrogen release temperature can be lowered to 187 ° C to 189 ° C. From the comparison between Example 38 and Example 42, it can be confirmed that the hydrogen release temperature can be lowered by lowering the hydrogenation temperature.
[実施例43〜45]
実施例43〜45の製造条件の概略を表7に示す。実施例43の製造方法は実施例6の製造方法と同様であるが、水素化処理後の試料に触媒としてのVCl2を添加し、その後に再粉砕処理を行っている点で異なる。なお、VCl2の添加割合は、MgH2とLiNH2の合計モル量に対する内割の値(内比)であり、実施例44,45および後述する実施例56〜58についても同様である。
[Examples 43 to 45]
Table 7 shows an outline of the production conditions of Examples 43 to 45. The production method of Example 43 is the same as the production method of Example 6, but differs in that VCl 2 as a catalyst is added to the sample after the hydrogenation treatment and then re-grinding treatment is performed. The addition rate of VCl 2 is an internal split values (internal ratio) to the total molar amount of MgH 2 and LiNH 2, it is the same for Examples 44 and 45 and examples described below 56-58.
実施例44の製造方法も実施例6の製造方法と同様であるが、原料にVCl2を添加している点(つまり水素化処理前にVCl2を添加している)で異なる。実施例45の製造方法は、実施例4の製造方法と同様であるが、原料にVCl2を添加している点で異なる。なお、実施例44は実施例45を120分再粉砕した試料でもある。表7に製造した試料の評価結果を併記する。
実施例6と実施例43とを比較すると、再粉砕処理時にVCl2を添加することで僅かであるが水素放出温度を下げることができることがわかった。また、実施例4と実施例45とを比較すると、VCl2の添加によって水素放出温度を20℃低下させることができることが確認された。実施例45を再粉砕処理した実施例44では、さらに水素放出温度を20℃低下させることができ、同時間の再粉砕処理を行っている実施例43よりも水素放出温度を4℃低下させることができることが確認された。これらのことから、触媒の効果を高めるには、原料に触媒を添加して粉砕混合処理を行う等、水素化処理前の添加を行うことが好ましいと判断される。 Comparing Example 6 and Example 43, it was found that the hydrogen release temperature can be lowered slightly by adding VCl 2 during the regrinding treatment. Further, when Example 4 and Example 45 were compared, it was confirmed that the hydrogen release temperature could be lowered by 20 ° C. by adding VCl 2 . In Example 44 obtained by regrinding Example 45, the hydrogen release temperature can be further lowered by 20 ° C., and the hydrogen release temperature can be lowered by 4 ° C. compared to Example 43 in which repulverization treatment is performed at the same time. It was confirmed that From these facts, in order to enhance the effect of the catalyst, it is judged that it is preferable to perform the addition before the hydrogenation treatment, such as adding the catalyst to the raw material and performing the pulverization and mixing treatment.
[実施例56〜58]
実施例56〜58の製造条件の概略を表8に示す。実施例56の製造方法は実施例17の製造方法と同様であるが、原料(MgH2+LiNH2)に触媒としてのVCl2を添加している点で異なる。実施例57の製造方法は実施例18の製造方法と同様であるが、原料にVCl2を添加している点で異なる。さらに実施例58の製造方法は実施例18の製造方法と同様であるが、水素化処理後の試料にVCl2を添加し、その後に追粉砕を行っている点で異なる。表8に製造した試料の評価結果を併記する。
Table 8 shows an outline of the production conditions of Examples 56 to 58. The manufacturing method of Example 56 is the same as the manufacturing method of Example 17, except that VCl 2 as a catalyst is added to the raw material (MgH 2 + LiNH 2 ). The manufacturing method of Example 57 is the same as the manufacturing method of Example 18, except that VCl 2 is added to the raw material. Further, the production method of Example 58 is the same as the production method of Example 18, but differs in that VCl 2 is added to the sample after the hydrogenation treatment and then additional grinding is performed. Table 8 shows the evaluation results of the manufactured samples.
実施例17と実施例56との対比、実施例18と実施例57,58との対比から明らかなように、触媒の添加により水素放出温度を低下させることができることが確認された。また、実施例57と実施例58を比較すると、水素放出温度を低下させるためには、触媒は原料に添加することが好ましいことがわかる。 As is clear from the comparison between Example 17 and Example 56 and the comparison between Example 18 and Examples 57 and 58, it was confirmed that the hydrogen release temperature can be lowered by the addition of a catalyst. Further, when Example 57 and Example 58 are compared, it is found that the catalyst is preferably added to the raw material in order to lower the hydrogen release temperature.
本発明は、例えば、水素と酸素を燃料として発電する燃料電池システムにおいて水素ガスを供給するための水素貯蔵材料の製造に好適である。 The present invention is suitable for producing a hydrogen storage material for supplying hydrogen gas, for example, in a fuel cell system that generates power using hydrogen and oxygen as fuel.
Claims (8)
この混合粉砕処理により得られた試料を、水素雰囲気下において所定温度に加熱し、所定時間保持する工程とを有することを特徴とする水素貯蔵材料の製造方法。 One or both of MgH 2 and metal Mg and LiNH 2 are weighed so that the molar ratio of Mg to Li is Mg: Li = 1: 1.2 to 2.4, and LiH is added thereto. A step of weighing LiH so that the molar ratio of Mg to Li is 1: 2.2 to 6, and then crushing and mixing them;
A method for producing a hydrogen storage material, comprising: heating a sample obtained by the mixing and pulverizing process to a predetermined temperature in a hydrogen atmosphere and holding the sample for a predetermined time.
この粉砕混合処理により得られた試料を水素雰囲気下において所定温度に加熱し、所定時間保持する工程と、
この加熱処理により得られた試料にLiHを添加して粉砕混合する工程とを有することを特徴とする水素貯蔵材料の製造方法。 Crushing and mixing one or both of MgH 2 and metal Mg and LiNH 2 ;
Heating the sample obtained by the pulverization and mixing process to a predetermined temperature in a hydrogen atmosphere and holding the sample for a predetermined time;
And a step of adding LiH to the sample obtained by the heat treatment and pulverizing and mixing the sample.
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