JP2008073582A - Manufacturing method of hydrogen storage material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a hydrogen storage material containing lithium hydride LiH and lithium amide LiNH<SB>2</SB>capable of suppressing lowering of a hydrogen release amount by preventing aggregation of particles after applying mechanical energy such as crushing. <P>SOLUTION: The manufacturing method of hydrogen storage material comprises: a process S101 of preparing a raw material composition containing carbon material particles, metal hydride particles and metal amide particles; and a process S103 of applying the mechanical energy to the raw material composition. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、軽量で、低温、低圧下で多量の水素を放出することができる新規な水素貯蔵材料に関するものである。   The present invention relates to a novel hydrogen storage material that is lightweight and capable of releasing a large amount of hydrogen at low temperature and low pressure.

地球環境保全や化石燃料の枯渇の問題から、化石燃料に代わる代替エネルギーとして燃料電池が電力の供給源として考えられている。燃料電池は原料に水素と酸素を用い、その排ガスもクリーンであることから注目されている。ところが、燃料を水素とする場合、メタノールや天然ガスの改質を利用する方法では起動時に時間がかかることや急激な負荷変動に対応しにくいという欠点がある。そこで、水素を貯蔵する必要があるが、従来の方法では、自動車への搭載を想定すると1回の水素充填で400〜500km走行するためには水素5kg程度が必要となり、この水素量を圧縮した高圧ボンベや低温にした液体水素にしなければならない。しかし、圧縮水素を使用する場合、35〜70MPaに圧縮された水素を高圧ボンベに貯蔵しても水素の圧縮率低下のためそれほど体積が小さくならず、それを充填する高圧ボンベが重くなるという欠点がある。また、液体水素の場合、水素を常時−252℃に冷却して貯蔵しなければならず、冷却機構を含む貯蔵容器が大きくなる欠点がある。   Due to the problems of global environmental conservation and fossil fuel depletion, fuel cells are considered as an alternative energy source to replace fossil fuels. Fuel cells are attracting attention because they use hydrogen and oxygen as raw materials and their exhaust gas is clean. However, when the fuel is hydrogen, the method using the reforming of methanol or natural gas has disadvantages that it takes time at start-up and is difficult to cope with rapid load fluctuations. Therefore, it is necessary to store hydrogen. In the conventional method, assuming that it is mounted on an automobile, about 5 kg of hydrogen is required to travel 400 to 500 km with one hydrogen filling, and this amount of hydrogen is compressed. It must be a high-pressure cylinder or low-temperature liquid hydrogen. However, when compressed hydrogen is used, even if hydrogen compressed to 35 to 70 MPa is stored in a high-pressure cylinder, the volume does not decrease so much because of a decrease in the compression rate of hydrogen, and the high-pressure cylinder filling it becomes heavy There is. Moreover, in the case of liquid hydrogen, hydrogen must be always cooled and stored at −252 ° C., and there is a disadvantage that a storage container including a cooling mechanism becomes large.

したがって、これらの問題を解決できる貯蔵容積が小さくて軽量な水素貯蔵材料が求められている。現在、最も実用化に近いものは水素吸蔵合金であり、これは水素を金属水素化物として貯蔵するものである。しかし、水素吸蔵合金の単位重量当たりの水素吸着量が小さいために、多量の水素を必要とする車載用には合金重量が400kgを超えるという問題があり、未だ実用化に至っていない。また、水素吸蔵合金の場合、水素の吸着及び放出時には、合金を高圧、高温条件に曝す必要があるために、その繰り返しによる水素吸蔵合金の劣化及び性能低下、また構成元素が希少金属の場合には、資源枯渇等の問題がある。   Therefore, there is a need for a hydrogen storage material that can solve these problems and has a small storage volume and is lightweight. Currently, the closest to practical use is a hydrogen storage alloy, which stores hydrogen as a metal hydride. However, since the hydrogen adsorption amount per unit weight of the hydrogen storage alloy is small, there is a problem that the alloy weight exceeds 400 kg for in-vehicle use that requires a large amount of hydrogen, and it has not yet been put into practical use. Also, in the case of hydrogen storage alloys, when hydrogen is adsorbed and released, it is necessary to expose the alloy to high pressure and high temperature conditions. Have problems such as resource depletion.

このような状況において、軽量で多量の水素を吸蔵することができる無機系の材料としてアラネード系材料(LiAlH)が注目されている(特許文献1、特許文献2)。アラネード系材料はBogdanovicらのTiドープ法の改良により、実用的な条件で2mol%のTiをドープしたNaAlHの以下の反応式による水素放出と再水素化反応が検討されている。
NaAlH⇒1/3NaAlH+Al+H
Under such circumstances, an alanade-based material (LiAlH 4 ) has attracted attention as an inorganic material that is lightweight and can store a large amount of hydrogen (Patent Documents 1 and 2). As for alanade materials, hydrogen release and rehydrogenation reaction of NaAlH 4 doped with 2 mol% of Ti under practical conditions has been studied by improving the Ti doping method of Bogdanovic et al.
NaAlH 4 ⇒ 1/3 Na 3 AlH 6 + Al + H 2

この材料はメカノケミカル法でLiHとLiAlHから5時間かけて製造され、水素貯蔵量5.6wt%を示すことが知られている。この材料によると、水素貯蔵量が3wt%までの場合は、水素の放出及び吸蔵の繰り返しが100サイクル程度までは、水素の放出と吸蔵の繰り返しを確保することができる。しかし、3〜5.6wt%の貯蔵量を確保するとなると、水素の放出及び吸蔵の繰り返しサイクル数が極めて少なくなる。つまり、可逆的に使用可能な水素量は、従来の合金なみの約3wt%である。しかも、水素吸蔵合金と比較して水素放出温度が高く、かつ水素吸蔵圧力が高いという欠点がある。 This material is known to be produced from LiH and LiAlH 4 by mechanochemical method over 5 hours and to show a hydrogen storage amount of 5.6 wt%. According to this material, when the hydrogen storage amount is up to 3 wt%, it is possible to ensure the repetition of hydrogen release and storage until the repetition of hydrogen release and storage is up to about 100 cycles. However, when a storage amount of 3 to 5.6 wt% is ensured, the number of repeated hydrogen release and storage cycles is extremely small. In other words, the amount of hydrogen that can be used reversibly is about 3 wt% compared to a conventional alloy. In addition, there are drawbacks in that the hydrogen release temperature is higher and the hydrogen storage pressure is higher than that of the hydrogen storage alloy.

アラネード系材料と同様にLiBHも多量の水素を放出することが知られている。現在までに、SiO触媒の添加で400℃までに9wt%の水素放出が認められている。しかし、この材料は融点が275℃であるため性能が不安定であることと、ほとんど水素を再吸蔵しないなど、可逆性に劣るという欠点がある。 It is known that LiBH 4 releases a large amount of hydrogen as well as an alanade material. To date, 9 wt% hydrogen release has been observed by 400 ° C. with the addition of SiO 2 catalyst. However, since this material has a melting point of 275 ° C., its performance is unstable, and there is a drawback that it is inferior in reversibility, such as hardly resorbing hydrogen.

シンガポール大のChen等により非特許文献1、特許文献3に報告されたリチウムアミド系材料が注目を浴びている。Chen等は出発物質をLiN(窒化リチウム)とし、以下に示す反応式にしたがって、高温高圧で水素化したものを水素貯蔵材料としている。
LiN+2H⇒LiNHLiH
Lithium amide materials reported in Non-Patent Document 1 and Patent Document 3 by Chen of Singapore University are attracting attention. Chen et al. Uses Li 3 N (lithium nitride) as a starting material, and uses hydrogenated material obtained by hydrogenation at high temperature and high pressure according to the following reaction formula.
Li 3 N + 2H 2 ⇒LiNH 2 + 2 LiH

この反応によれば、理論的には約9wt%の水素貯蔵量を得ることができる。しかし、エンタルピー(ΔH)が大きいために、吸蔵した水素の全てを放出させるのに600℃以上の高温加熱が必要である。   According to this reaction, theoretically, a hydrogen storage amount of about 9 wt% can be obtained. However, since the enthalpy (ΔH) is large, high-temperature heating of 600 ° C. or higher is necessary to release all of the stored hydrogen.

広島大学の市川等は、Chen等の反応を詳細に検討することによって、上記反応を次の2段階に分離できることを非特許文献2において報告した。
LiN+H⇔LiNH+LiH
LiNH+H⇔LiNH+LiH
Non-patent document 2 reported that Ichikawa et al. Of Hiroshima University can separate the above reaction into the following two stages by examining the reaction of Chen et al.
Li 3 N + H 2 ⇔Li 2 NH + LiH
Li 2 NH + H 2 ⇔LiNH 2 + LiH

市川等は、Chen等の反応のうちΔHが小さいLiNH+H⇔LiNH+LiHに着目し、LiNH(リチウムアミド)とLiH(水素化リチウム)の原料組成物を出発物質とし、これらに機械的な粉砕処理を行った。その結果、LiNHの微細な粒子とLiHの微細な粒子が絡まった反応空間を創生し、副生成物のアンモニアの生成量を低減できることが非特許文献2に報告されている。しかも、この水素貯蔵材料は、水素吸蔵量が理論量並みの約6wt%(水熱処理前後の重量変化)である。 Ichikawa et al. Focused on Li 2 NH + H 2 ⇔LiNH 2 + LiH, which has a small ΔH in the reaction of Chen et al., And started using a raw material composition of LiNH 2 (lithium amide) and LiH (lithium hydride) as a starting material. Crushing treatment was performed. As a result, Non-Patent Document 2 reports that a reaction space in which fine particles of LiNH 2 and fine particles of LiH are entangled can be created, and the amount of ammonia produced as a by-product can be reduced. Moreover, this hydrogen storage material has a hydrogen storage amount of about 6 wt% (a change in weight before and after hydrothermal treatment), which is the same as the theoretical amount.

しかし、LiNHの微細な粒子とLiHの微細な粒子が絡まった反応空間をより均一に創生するために、機械的な粉砕処理を長時間行うと、粉砕処理の後に粒子が凝集して十分な水素放出量を得ることができないという問題があった。この凝集については、後述する実施例の欄で具体的に言及する。 However, in order to create a reaction space in which fine particles of LiNH 2 and fine particles of LiH are entangled more uniformly, if the mechanical pulverization process is performed for a long time, the particles are sufficiently aggregated after the pulverization process. There was a problem that a large amount of hydrogen release could not be obtained. This agglomeration will be specifically mentioned in the column of Examples described later.

特表平11−510133号公報Japanese National Patent Publication No. 11-510133 特表2002−522209号公報Special Table 2002-522209 国際公開第03/037784号パンフレットInternational Publication No. 03/037784 Pamphlet P. Chen, et al.Nature,420,302-304,(2002)P. Chen, et al. Nature, 420, 302-304, (2002) Ichikawa et al., J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 7887-7892Ichikawa et al., J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 7887-7892

本発明は、このような従来技術の有する問題に鑑みてなされたものであり、LiH(水素化リチウム)のような水素化金属及びLiNH(リチウムアミド)のような金属アミドを含む水素貯蔵材料において、粉砕処理などの機械的なエネルギーを付与した後に粒子が凝集するのを防ぐことによって水素放出量の高い水素貯蔵材料を製造する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 problems of the prior art, and a hydrogen storage material containing a hydrogenated metal such as LiH (lithium hydride) and a metal amide such as LiNH 2 (lithium amide). It is an object of the present invention to provide a method for producing a hydrogen storage material having a high hydrogen release amount by preventing particles from aggregating after applying mechanical energy such as grinding treatment.

本発明者等は、上記目的について鋭意検討の結果、水素化金属粒子及び金属アミド粒子に炭素材料粒子を添加した原料組成物に対し機械的なエネルギーを付与すると、炭素材料粒子を添加しない場合に発生する粒子の凝集を抑える効果があることを見出した。   As a result of intensive studies on the above object, the present inventors have given mechanical energy to a raw material composition in which carbon material particles are added to metal hydride particles and metal amide particles, and when carbon material particles are not added. It has been found that there is an effect of suppressing aggregation of generated particles.

本発明は以上の知見に基づくものであり、炭素材料粒子、水素化金属粒子及び金属アミド粒子を含む原料組成物を作製するステップ(a)と、原料組成物に機械的なエネルギーを付与するステップ(b)と、を含むことを特徴とする水素貯蔵材料の製造方法である。
炭素材粒子は、水素化金属粒子及び金属アミド粒子を含む原料組成物に機械的なエネルギーを付与する過程で凝集を防ぐ効果に優れとともに、炭素材粒子が水素化金属粒子及び金属アミド粒子の間隙に介在することにより、水素貯蔵材料の水素放出・吸蔵反応が促進されて、水素放出温度の低下又は水素放出量の増加に寄与する。この作用効果を奏する炭素材料粒子としては、グラファイト及び活性炭の1種又は2種を用いることが好ましい。グラファイト及び活性炭は、比較的安価であり、水素貯蔵材料の製造コストの面でも好ましい。
The present invention is based on the above knowledge, the step (a) of producing a raw material composition containing carbon material particles, metal hydride particles and metal amide particles, and the step of imparting mechanical energy to the raw material composition And (b), a method for producing a hydrogen storage material.
The carbon material particles have an excellent effect of preventing aggregation in the process of imparting mechanical energy to the raw material composition containing metal hydride particles and metal amide particles, and the carbon material particles have a gap between the metal hydride particles and metal amide particles. By intervening, hydrogen release / occlusion reaction of the hydrogen storage material is promoted, which contributes to a decrease in hydrogen release temperature or an increase in hydrogen release amount. As the carbon material particles exhibiting this action effect, it is preferable to use one or two of graphite and activated carbon. Graphite and activated carbon are relatively inexpensive and are preferable in terms of the production cost of the hydrogen storage material.

本発明の水素貯蔵材料の製造方法において、水素化金属粒子としては水素化リチウム粒子、水素化マグネシウム粒子及び水素化カルシウム粒子から選択される1種又は2種以上を用いるのが好ましい。この場合の2種以上とは、混合物を意味するものである。以下も同様である。
また、金属アミド粒子としては、リチウムアミド粒子、マグネシウムアミド粒子及びカルシウムアミド粒子から選択される1種又は2種以上であることが好ましい。
In the method for producing a hydrogen storage material of the present invention, it is preferable to use one or more kinds selected from lithium hydride particles, magnesium hydride particles and calcium hydride particles as metal hydride particles. In this case, the term “two or more types” means a mixture. The same applies to the following.
The metal amide particles are preferably one or more selected from lithium amide particles, magnesium amide particles, and calcium amide particles.

本発明の水素貯蔵材料の製造方法において、原料組成物に金属塩化物粒子を含有させることが、水素放出量温度の低下、水素放出量の増加にとって好ましい。金属塩化物粒子は、塩化マグネシウム粒子、塩化銅粒子及び塩化亜鉛粒子から選択される1種又は2種以上であることが好ましい。   In the method for producing a hydrogen storage material of the present invention, it is preferable for the raw material composition to contain metal chloride particles in order to lower the hydrogen release amount temperature and increase the hydrogen release amount. The metal chloride particles are preferably one or more selected from magnesium chloride particles, copper chloride particles and zinc chloride particles.

本発明の水素貯蔵材料の製造方法において、ステップ(b)における機械的なエネルギー付与の手法として、機械的な粉砕処理であることが好ましい。機械的な粉砕が行われる程度のエネルギーを付与すれば、原料組成物中の粒子が、相互に又は同種類の粒子同士を接合させることができるからである。   In the method for producing a hydrogen storage material of the present invention, mechanical pulverization is preferable as the mechanical energy application method in step (b). This is because the particles in the raw material composition can join each other or the same kind of particles if energy is applied to such an extent that mechanical pulverization is performed.

また、本発明の水素貯蔵材料の製造方法においては、炭素材料粒子として、水素化された炭素材料粒子を用いることができる。炭素材料自体の水素吸蔵能を利用して、水素貯蔵材料全体としての水素吸蔵量を増加させることができる。特に、炭素材料単独で水素貯蔵材料を構成した場合には、水素放出温度が約300℃以上であるのに対して、本発明のように水素化金属粒子及び金属アミド粒子とともに機械的なエネルギーを付与することにより、250℃以下の温度でも水素放出を可能としている点に特徴を有する。炭素材料粒子の水素化は、機械的なエネルギーの付与と同時に行ってもよい。つまり本発明は、ステップ(b)における機械的なエネルギーの付与を、水素ガスを含む雰囲気下で行うことができる。また、予め水素化された炭素材料粒子を水素化金属粒子及び金属アミド粒子を含む原料組成物に添加してもよい。
ここで、水素化された炭素材料は、表面に水素原子または分子が水素結合したものではなく、炭素の二重結合がはずれて水素が結合したものと解される。したがって、物理吸着のように単純に表面に吸着したものではない。グラファイトが水素化された場合、水素化グラファイトと呼称する。
In the method for producing a hydrogen storage material of the present invention, hydrogenated carbon material particles can be used as the carbon material particles. The hydrogen storage capacity of the entire hydrogen storage material can be increased by utilizing the hydrogen storage capacity of the carbon material itself. In particular, when a hydrogen storage material is composed of a carbon material alone, the hydrogen release temperature is about 300 ° C. or higher, whereas mechanical energy is used together with metal hydride particles and metal amide particles as in the present invention. By giving, it is characterized in that hydrogen can be released even at a temperature of 250 ° C. or lower. Hydrogenation of the carbon material particles may be performed simultaneously with application of mechanical energy. That is, according to the present invention, mechanical energy can be applied in step (b) in an atmosphere containing hydrogen gas. Moreover, you may add the carbon material particle | grains previously hydrogenated to the raw material composition containing a hydrogenation metal particle and a metal amide particle.
Here, it is understood that the hydrogenated carbon material does not have hydrogen atoms or molecules hydrogen bonded to the surface, but has hydrogen bonded by removing the carbon double bond. Therefore, it is not simply adsorbed on the surface as in physical adsorption. When graphite is hydrogenated, it is called hydrogenated graphite.

以上説明したように、本発明によれば、水素化金属粒子及び金属アミド粒子を含む水素貯蔵材料において、炭素材料粒子を混合することにより、粒子の凝集を防ぎ高い水素放出量を得ることができる。この炭素材料粒子自体を水素化することによって、水素貯蔵材料全体としての水素貯蔵量を高くすることができる。また、炭素材料粒子として、グラファイト、活性炭を選択すること、金属塩化物粒子の添加により、水素放出量のさらなる増加を可能にする。しかもこの水素貯蔵材料は、材料として安価な炭素材料粒子を添加し、機械的なエネルギーを付与することにより得ることができるので、低コストで水素貯蔵材料を得ることができる。   As described above, according to the present invention, in a hydrogen storage material containing metal hydride particles and metal amide particles, by mixing carbon material particles, it is possible to prevent particle aggregation and obtain a high hydrogen release amount. . By hydrogenating the carbon material particles themselves, the hydrogen storage amount of the entire hydrogen storage material can be increased. Further, by selecting graphite and activated carbon as carbon material particles and adding metal chloride particles, it is possible to further increase the amount of hydrogen released. Moreover, since this hydrogen storage material can be obtained by adding inexpensive carbon material particles as a material and imparting mechanical energy, the hydrogen storage material can be obtained at low cost.

本発明の水素貯蔵材料の製造方法は、はじめに、図1に示すように、炭素材料粒子、水素化金属粒子及び金属アミド粒子を含む原料組成物を得る(図1 S101)。この原料組成物は、炭素材料粒子、水素化金属粒子及び金属アミド粒子が、0.7〜1.5:0.7〜1.5:1の比率で配合されていることが好ましい。
金属アミド粒子に対する炭素材料粒子の比率が0.7未満では前述した効果を十分に得ることができない。また、炭素材料粒子の比率が1.5を超えると過剰な炭素材料の水素化が起こり、水素放出温度が高温側へシフトするか、あるいは水素放出温度を低温化できないからである。金属アミド粒子に対する炭素材料粒子のより好ましい比率は0.8〜1.2であり、さらに好ましい比率は1.0〜1.2である。
In the method for producing a hydrogen storage material of the present invention, first, as shown in FIG. 1, a raw material composition containing carbon material particles, metal hydride particles, and metal amide particles is obtained (S101 in FIG. 1). In this raw material composition, carbon material particles, metal hydride particles and metal amide particles are preferably blended in a ratio of 0.7 to 1.5: 0.7 to 1.5: 1.
If the ratio of the carbon material particles to the metal amide particles is less than 0.7, the above-described effects cannot be sufficiently obtained. Further, when the ratio of the carbon material particles exceeds 1.5, excessive hydrogenation of the carbon material occurs, and the hydrogen release temperature is shifted to the high temperature side, or the hydrogen release temperature cannot be lowered. A more preferable ratio of the carbon material particles to the metal amide particles is 0.8 to 1.2, and a more preferable ratio is 1.0 to 1.2.

金属アミド粒子に対する水素化金属粒子の比率が0.7未満では金属アミド粒子からのアンモニアの発生量が多くなる。また、金属アミド粒子に対する水素化金属粒子の比率が1.5を超えると水素放出量が低下する傾向にある。金属アミド粒子に対する水素化金属粒子のより好ましい比率は0.8〜1.2、さらに好ましい比率は1.0〜1.2である。
原料となる炭素材料粒子、水素化金属粒子及び金属アミド粒子は、概ね10〜1000μm程度の粒径を有していればよいが、これに限定されるものではない。
When the ratio of metal hydride particles to metal amide particles is less than 0.7, the amount of ammonia generated from the metal amide particles increases. In addition, when the ratio of metal hydride particles to metal amide particles exceeds 1.5, the hydrogen release amount tends to decrease. A more preferred ratio of metal hydride particles to metal amide particles is 0.8 to 1.2, and a more preferred ratio is 1.0 to 1.2.
The carbon material particles, metal hydride particles, and metal amide particles as raw materials may have a particle size of about 10 to 1000 μm, but are not limited thereto.

用いる炭素材料としては、グラファイト、活性炭、カーボンブラック、カーボンナノチューブといった材料を用いることができるが、この中ではグラファイト、活性炭を用いることが好ましい。   As the carbon material to be used, materials such as graphite, activated carbon, carbon black, and carbon nanotube can be used. Among them, graphite and activated carbon are preferably used.

用いる水素化金属としては、水素化リチウム(LiH)、水素化マグネシウム(MgH)及び水素化カルシウム(CaH)が好ましいが、水素貯蔵密度及び水素放出量の点で水素化リチウムが最も好ましい。
また、用いる金属アミドとしては、リチウムアミド(LiNH)、マグネシウムアミド(Mg(NH2)及びカルシウムアミド(Ca(NH)が好ましいが、水素放出量の点でリチウムアミド、マグネシウムアミドが好ましい。
As the metal hydride to be used, lithium hydride (LiH), magnesium hydride (MgH 2 ) and calcium hydride (CaH 2 ) are preferable, but lithium hydride is most preferable in terms of hydrogen storage density and hydrogen release amount.
As the metal amide to be used, lithium amide (LiNH 2 ), magnesium amide (Mg (NH 2 ) 2 ) and calcium amide (Ca (NH 2 ) 2 ) are preferable. Amides are preferred.

金属塩化物粒子、触媒粒子を含む水素貯蔵材料を製造する場合は、この段階で配合すればよい。
金属塩化物を水素化金属、金属アミドに加えることによって、水素貯蔵性能が改善される可能性があるとされていたが、金属塩化物として加えると塩素の重量分、水素貯蔵密度が低下する問題があった。ここで、例えば水素化グラファイトは水素貯蔵密度が約7.5wt%に達するが、水素放出温度が約400℃であることから、水素貯蔵材料としては使用しにくいという問題があった。これは、水素と炭素の結合が非常に安定なためである。しかし、水素と強い結合をしやすい水素化金属(例えばLiH)や金属アミド(例えば、LiNH)が近傍に集合すると、炭素と水素の結合は周囲の原子、分子によって緩和され、結合が不安定になる。したがって、水素化グラファイトにおいて、水素が400℃よりも低温で放出されることになる。このことは、水素化金属、金属アミドが有している水素に加えて、水素化グラファイトが有している水素が放出されることを意味し、より多くの水素を低温で放出することを可能とする。
用いる金属塩化物としては、塩化マグネシウム(MgCl)、塩化銅(CuCl)、塩化ニッケル(NiCl)、塩化亜鉛(ZnCl)及び塩化カルシウム(CaCl)が好ましいが、水素放出量の点で塩化マグネシウム、塩化銅、塩化亜鉛が特に好ましい。
金属塩化物粒子は、金属アミド粒子に対して0.2〜1.5のモル比率で含むことが好ましい。0.2未満では十分な効果が得られないからである。また、1.5を超えると余剰となる塩化物による重量増加のため水素貯蔵密度が低下するからである。金属アミド粒子に対する金属塩化物粒子のより好ましい比率は、0.2〜1.0であり、さらに好ましい比率は0.5〜0.7である。
What is necessary is just to mix | blend at this stage, when manufacturing the hydrogen storage material containing a metal chloride particle and a catalyst particle.
It has been said that adding hydrogen chloride to metal hydride and metal amide may improve hydrogen storage performance, but adding metal chloride as a metal chloride reduces the hydrogen storage density by the weight of chlorine. was there. Here, for example, hydrogenated graphite has a hydrogen storage density of about 7.5 wt%, but has a problem that it is difficult to use as a hydrogen storage material because the hydrogen release temperature is about 400 ° C. This is because the bond between hydrogen and carbon is very stable. However, when metal hydride (for example, LiH) or metal amide (for example, LiNH 2 ) that easily forms a strong bond with hydrogen gathers in the vicinity, the bond between carbon and hydrogen is relaxed by surrounding atoms and molecules, and the bond is unstable. become. Therefore, hydrogen is released at a temperature lower than 400 ° C. in hydrogenated graphite. This means that in addition to hydrogen contained in metal hydrides and metal amides, hydrogen contained in hydrogenated graphite is released, and more hydrogen can be released at low temperatures. And
As the metal chloride to be used, magnesium chloride (MgCl 2 ), copper chloride (CuCl 2 ), nickel chloride (NiCl 2 ), zinc chloride (ZnCl 2 ) and calcium chloride (CaCl 2 ) are preferable. Particularly preferred are magnesium chloride, copper chloride and zinc chloride.
The metal chloride particles are preferably included at a molar ratio of 0.2 to 1.5 with respect to the metal amide particles. This is because if it is less than 0.2, a sufficient effect cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 1.5, the hydrogen storage density decreases due to an increase in weight due to excess chloride. A more preferable ratio of metal chloride particles to metal amide particles is 0.2 to 1.0, and a more preferable ratio is 0.5 to 0.7.

触媒粒子は、LiNH+H⇔LiNH+LiHの反応を促進することのできる物質から構成される。具体的には、遷移金属、遷移金属の酸化物、遷移金属の塩化物を用いることができる。これらの中では、Ti及び/又はAlを用いるのが好ましく、金属Ti及び/又は金属Al、酸化物チタン(TiO)及び/又は酸化アルミニウム(Al)、塩化チタン(TiCl)及び/又は塩化アルミニウム(AlCl)を用いるのが好ましい。触媒粒子は、金属アミド粒子に対して0.001〜0.1のモル比率で含むことが好ましい。0.001未満では触媒としての機能を十分に発揮することができない。また、0.1を超えても触媒としての機能は向上しないとともに、水素貯蔵材料の単位重量あたりの水素貯蔵量、水素放出量を低下させる。金属アミド粒子に対する触媒粒子のより好ましい比率は0.005〜0.08であり、さらに好ましい比率は0.01〜0.05である。 The catalyst particles are composed of a substance capable of promoting the reaction of Li 2 NH + H 2 ⇔LiNH 2 + LiH. Specifically, transition metals, transition metal oxides, and transition metal chlorides can be used. Among these, Ti and / or Al are preferably used, and metal Ti and / or metal Al, titanium oxide (TiO 2 ) and / or aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium chloride (TiCl 3 ) and It is preferable to use aluminum chloride (AlCl 3 ). The catalyst particles are preferably included in a molar ratio of 0.001 to 0.1 with respect to the metal amide particles. If it is less than 0.001, the function as a catalyst cannot be fully exhibited. Further, even if it exceeds 0.1, the function as a catalyst is not improved, and the hydrogen storage amount and the hydrogen release amount per unit weight of the hydrogen storage material are reduced. A more preferable ratio of the catalyst particles to the metal amide particles is 0.005 to 0.08, and a more preferable ratio is 0.01 to 0.05.

原料組成物に、図1に示すように機械的なエネルギーが付与される(図1 S103)。機械的なエネルギーを付与することにより、炭素材料粒子、水素化金属粒子及び金属アミド粒子は、互いに衝突を繰り返す。この過程で、炭素材料粒子、水素化金属粒子及び金属アミド粒子には、圧縮、摩擦、衝撃などの機械的なエネルギーが付与されることにより、活性化して各粒子は反応性が増大する。この反応性の増大に伴い、水素化金属粒子と金属アミド粒子とは凝集しやすくなるが、炭素材料粒子が潤滑剤として機能することにより凝集を防ぐ役割を果たす。これにより、水素化金属粒子と金属アミド粒子との分散状態が良好な水素貯蔵材料を得ることができる。   Mechanical energy is given to the raw material composition as shown in FIG. 1 (S103 in FIG. 1). By applying mechanical energy, the carbon material particles, the metal hydride particles, and the metal amide particles repeatedly collide with each other. In this process, mechanical energy such as compression, friction, and impact is applied to the carbon material particles, metal hydride particles, and metal amide particles, and the particles are activated to increase the reactivity. As the reactivity increases, the metal hydride particles and metal amide particles tend to aggregate, but the carbon material particles function as a lubricant to prevent aggregation. Thereby, the hydrogen storage material with the favorable dispersion state of the metal hydride particles and the metal amide particles can be obtained.

炭素材料粒子は、水素化金属粒子、金属アミド粒子の凝集を防ぐ効果に加え、水素を可逆的に取り出し可能な水素吸蔵能をも有する。したがって、水素貯蔵材料全体としての水素吸蔵量の増加に寄与する。この水素吸蔵量の増加は、予め水素化された炭素材料粒子を用いるか、水素化されていない炭素材料粒子を含む原料組成物を水素雰囲気中において機械的なエネルギーを付与することにより、得ることができる。   In addition to the effect of preventing aggregation of metal hydride particles and metal amide particles, the carbon material particles also have a hydrogen storage capacity capable of reversibly extracting hydrogen. Therefore, it contributes to an increase in the amount of hydrogen stored in the entire hydrogen storage material. This increase in the amount of hydrogen occlusion can be obtained by using carbon material particles that have been previously hydrogenated or by applying mechanical energy in a hydrogen atmosphere to a raw material composition that includes carbon material particles that have not been hydrogenated. Can do.

炭素材料粒子を含まない水素化金属粒子及び金属アミド粒子からなる水素貯蔵材料は、水素を放出した高い温度の状態で金属イミドを形成するが、この温度が融点に近いため冷却すると金属イミドの組成が不均一となり、水素放出性能が低下する。本発明の水素貯蔵材料では、炭素材料粒子を含むため、水素放出、水素貯蔵のサイクルを繰り返し行っても、水素放出性能の低下を抑えることができる。
これは炭素材料が存在することによって水素を放出した金属粒子が、大きな表面積を有する炭素微粒子表面上に均一に分散しているために、水素との反応効率が増加することによるものである。
Hydrogen storage materials consisting of metal hydride particles and metal amide particles that do not contain carbon material particles form metal imides at a high temperature after releasing hydrogen, but the composition of metal imides when cooled because this temperature is close to the melting point Becomes non-uniform, and the hydrogen release performance decreases. Since the hydrogen storage material of the present invention includes carbon material particles, even if the cycle of hydrogen release and hydrogen storage is repeatedly performed, a decrease in hydrogen release performance can be suppressed.
This is because the metal particles that have released hydrogen due to the presence of the carbon material are uniformly dispersed on the surface of the carbon fine particles having a large surface area, so that the reaction efficiency with hydrogen increases.

機械的なエネルギーの付与には、機械的な粉砕機を用いることができる。粉砕機は、物質を粉砕することを目的としているが、本発明では粉砕自体を目的とするものではなく、あくまで炭素材料粒子、水素化金属粒子及び金属アミド粒子に、圧縮、摩擦、衝撃などの機械的なエネルギーを付与することを目的とするものである。もっとも、この目的を達成する過程で、炭素材料粒子、水素化金属粒子及び金属アミド粒子が粉砕されることを排除するものではない。粉砕が行われる程度の機械的なエネルギーを付与することは、本発明にとって好ましいということができるからである。機械的な粉砕が行われる程度のエネルギーを付与すれば、原料組成物中の粒子が、相互に又は同種類の粒子同士を接合させることができるからである。   A mechanical pulverizer can be used for applying mechanical energy. The pulverizer is intended to pulverize a substance, but in the present invention, it is not intended to pulverize itself, but to the carbon material particles, metal hydride particles and metal amide particles, compression, friction, impact, etc. The purpose is to impart mechanical energy. However, it is not excluded that the carbon material particles, metal hydride particles, and metal amide particles are pulverized in the process of achieving this object. It is because it can be said that it is preferable for the present invention to apply mechanical energy to such an extent that grinding is performed. This is because the particles in the raw material composition can join each other or the same kind of particles if energy is applied to such an extent that mechanical pulverization is performed.

本発明の機械的なエネルギーの付与には、ロッキングミルを用いることができる。ロッキングミルは、ミル容器を回転しつつ三次元に振動させることのできる粉砕機であり、ボールミルの数十倍の機械的なエネルギーを非処理物に付与することができる。
図2にロッキングミル1の外観の正面図を示す。後述する実施例では機械的粉砕(ミリング)にロッキングミル1を使用した。図2において、ミル容器2はロッキングミル1の上面に備え付けられた振動テーブル3に固定する。ミル容器2には内部を真空排気及び水素ガスが充填できるように枝管を取り付け、圧力センサーで水素ガスの圧力を常時計測できるようにしてある。ロッキングミル1は振動テーブル3の中心を振動中心としてミリングを行う。
A rocking mill can be used for applying mechanical energy according to the present invention. The rocking mill is a crusher that can vibrate in a three-dimensional manner while rotating a mill vessel, and can impart mechanical energy several tens of times that of a ball mill to an untreated object.
FIG. 2 shows a front view of the appearance of the rocking mill 1. In the examples described later, the rocking mill 1 was used for mechanical pulverization (milling). In FIG. 2, the mill container 2 is fixed to a vibration table 3 provided on the upper surface of the rocking mill 1. A branch pipe is attached to the mill vessel 2 so that the inside can be filled with vacuum exhaust and hydrogen gas, and the pressure of the hydrogen gas can be constantly measured by a pressure sensor. The rocking mill 1 performs milling with the center of the vibration table 3 as the vibration center.

図3にミル容器2の内部構造の断面図を示す。図3に示すように、ミル容器2の内部に処理対象物(炭素材料粒子、水素化金属粒子、金属アミド粒子等)4を充填する。ミリングのために鋼鉄製のボール5をミル容器2の内部に入れ、ロッキングミル1の運動(矢印で示す)によって粉砕処理する。この処理により炭素材料粒子、水素化金属粒子、金属アミド粒子は微細な混合粉を形成する。この混合粉の粒径は、0.1〜10μm程度である。   FIG. 3 shows a cross-sectional view of the internal structure of the mill container 2. As shown in FIG. 3, a processing object (carbon material particles, metal hydride particles, metal amide particles, etc.) 4 is filled inside the mill vessel 2. For milling, steel balls 5 are placed inside the mill vessel 2 and pulverized by the movement of the rocking mill 1 (indicated by arrows). By this treatment, the carbon material particles, metal hydride particles, and metal amide particles form a fine mixed powder. The particle size of the mixed powder is about 0.1 to 10 μm.

以上のような、機械的な粉砕処理を行う時間は0.01〜200時間の範囲から選択することが好ましい。0.01時間未満では、十分な機械的なエネルギーを炭素材料粒子、水素化金属粒子及び金属アミド粒子に付与することができない。また、200時間程度粉砕処理を行えば十分な機械的なエネルギーを炭素材料粒子、水素化金属粒子及び金属アミド粒子に付与することができるからである。好ましい粉砕処理時間は、0.1〜100時間、さらに好ましい粉砕処理時間は0.5〜40時間である。   The time for performing the mechanical pulverization treatment as described above is preferably selected from the range of 0.01 to 200 hours. If it is less than 0.01 hour, sufficient mechanical energy cannot be imparted to the carbon material particles, metal hydride particles, and metal amide particles. Moreover, it is because sufficient mechanical energy can be imparted to the carbon material particles, metal hydride particles, and metal amide particles if pulverization is performed for about 200 hours. A preferable pulverization time is 0.1 to 100 hours, and a more preferable pulverization time is 0.5 to 40 hours.

また、機械的な粉砕処理も含め、機械的なエネルギーを付与する雰囲気は不活性ガス雰囲気、水素ガスを含む雰囲気とすることが好ましい。雰囲気ガスの圧力は、0.1〜5MPaとすることが好ましい。
不活性ガスとしては、多くの材料がArに対して不活性であるため、アルゴンガスとすることが好ましい。
水素ガスを含む雰囲気としては、水素ガス、水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを含む雰囲気とすることが好ましい。機械的なエネルギーを付与する時、水素ガスを含む雰囲気とすれば、炭素材料粒子を水素化することができる。炭素材料粒子として、予め水素化された炭素材料粒子を用いることもできることは前述の通りである。高温高圧の水素雰囲気に炭素材料粒子を晒すことによっても、炭素材料粒子を水素化することができる。例えば、水素圧力5MPa、500℃の雰囲気に数時間晒すことにより、予め水素化された炭素材料粒子を得ることができる。
Moreover, it is preferable that the atmosphere which gives mechanical energy including a mechanical grinding | pulverization process shall be an inert gas atmosphere and the atmosphere containing hydrogen gas. The pressure of the atmospheric gas is preferably 0.1 to 5 MPa.
As the inert gas, it is preferable to use argon gas since many materials are inert to Ar.
The atmosphere containing hydrogen gas is preferably an atmosphere containing hydrogen gas or a mixed gas of hydrogen gas and inert gas. When mechanical energy is applied, the carbon material particles can be hydrogenated if the atmosphere contains hydrogen gas. As described above, the carbon material particles previously hydrogenated can be used as the carbon material particles. The carbon material particles can also be hydrogenated by exposing the carbon material particles to a high temperature and high pressure hydrogen atmosphere. For example, carbon material particles that have been previously hydrogenated can be obtained by exposure to an atmosphere with a hydrogen pressure of 5 MPa and 500 ° C. for several hours.

以上説明した製造方法において、原料組成物を構成する炭素材料粒子、水素化金属粒子、金属アミド粒子、金属塩化物粒子、触媒粒子に対し、予め機械的なエネルギーの付与を行うことにより反応性を高めた後に、引き続いて上述した製造方法を行うことも有効である。   In the production method described above, the reactivity is improved by applying mechanical energy to the carbon material particles, metal hydride particles, metal amide particles, metal chloride particles, and catalyst particles constituting the raw material composition in advance. It is also effective to perform the above-described manufacturing method after the increase.

<初期化処理>
機械的なエネルギーの付与、特に機械的な粉砕処理が終了した後に、被処理物における水素の結合状態が不安定になり、一部の水素が被処理物から離脱しているおそれがある。そこで、被処理物を水素雰囲気下に晒すことにより、被処理物に水素を供給することが好ましい。この処理を初期化処理という。初期化処理は、被処理物を温度100〜300℃、水素圧力1〜5MPaの雰囲気下に1〜12時間晒すことにより行うことができる。ただし、この条件は、被処理物の量、供給する水素の量によって変動する。この初期化処理は、機械的なエネルギーの付与を不活性ガス雰囲気で行った場合に有効である。また、この初期化処理によって、被処理物中の炭素材料粒子が水素を含み、水素貯蔵量の増大に寄与する。
<Initialization process>
After mechanical energy application, particularly mechanical pulverization, is completed, the hydrogen bonding state in the object to be processed may become unstable, and some hydrogen may be detached from the object to be processed. Therefore, it is preferable to supply hydrogen to the object to be processed by exposing the object to be processed in a hydrogen atmosphere. This process is called initialization process. The initialization process can be performed by exposing the workpiece to an atmosphere of a temperature of 100 to 300 ° C. and a hydrogen pressure of 1 to 5 MPa for 1 to 12 hours. However, this condition varies depending on the amount of the object to be processed and the amount of hydrogen to be supplied. This initialization process is effective when mechanical energy is applied in an inert gas atmosphere. Moreover, the carbonization material particle in a to-be-processed object contains hydrogen by this initialization process, and it contributes to the increase in a hydrogen storage amount.

<水素貯蔵材料の使用方法>
以上のようにして得られた本発明の水素貯蔵材料は、100〜250℃の範囲に加熱することにより水素を放出することができる。
本発明の水素貯蔵材料は、水素を放出した後には、基本的にはリチウムイミド(LiNH)等の金属イミドと炭素材料粒子の混合物となる。水素放出により得られた金属イミドを水素ガス雰囲気下で加熱することにより、再度水素を吸蔵することができる。この水素吸蔵により、本発明の水素貯蔵材料が構成される。水素吸蔵のための加熱は、100〜250℃の範囲とすればよい。また、水素ガス雰囲気は、加圧雰囲気とすることが好ましい。
<How to use hydrogen storage materials>
The hydrogen storage material of the present invention obtained as described above can release hydrogen by heating in the range of 100 to 250 ° C.
The hydrogen storage material of the present invention basically becomes a mixture of metal imide such as lithium imide (Li 2 NH) and carbon material particles after releasing hydrogen. Hydrogen can be occluded again by heating the metal imide obtained by hydrogen release in a hydrogen gas atmosphere. The hydrogen storage material of this invention is comprised by this hydrogen occlusion. Heating for hydrogen storage may be in the range of 100 to 250 ° C. The hydrogen gas atmosphere is preferably a pressurized atmosphere.

グラファイト:0,0.1,0.2g、水素化リチウム(LiH):0.1g、リチウムアミド(LiNH):0.26g、酸化チタン(TiO):0.1gを秤量し、高純度アルゴン雰囲気(水分≦1ppm)のグローブボックス内で図2に示すミル容器2に充填した。ミル容器2をロッキングミル1に固定し、圧力センサーでリークがないことを確認した後、振動数50Hzで2時間機械的な粉砕(ケミカルミリング)処理した。この混合物に上述した初期化処理を施した。初期化処理の条件は、200℃、2MPaの水素雰囲気下で3時間保持するというものである。次に初期化処理した処理した試料を250℃まで段階的に昇温させ、試料からの水素放出量をガスクロマトグラフィにより測定した。表1に水素放出量(放出水素重量/水素貯蔵材料重量)の測定結果を示す。なお、水素貯蔵材料重量とは、原料組成物の総重量である。 Graphite: 0, 0.1, 0.2 g, Lithium hydride (LiH): 0.1 g, Lithium amide (LiNH 2 ): 0.26 g, Titanium oxide (TiO 2 ): 0.1 g are weighed and high purity The mill container 2 shown in FIG. 2 was filled in a glove box in an argon atmosphere (moisture ≦ 1 ppm). The mill container 2 was fixed to the rocking mill 1, and after confirming that there was no leak with a pressure sensor, mechanical milling (chemical milling) was performed at a frequency of 50 Hz for 2 hours. This mixture was subjected to the initialization process described above. The condition for the initialization treatment is to hold at 200 ° C. under a hydrogen atmosphere of 2 MPa for 3 hours. Next, the initialized sample was heated stepwise to 250 ° C., and the amount of hydrogen released from the sample was measured by gas chromatography. Table 1 shows the measurement results of the hydrogen release amount (released hydrogen weight / hydrogen storage material weight). The hydrogen storage material weight is the total weight of the raw material composition.

Figure 2008073582
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この表1に示すように、グラファイトを添加することにより、水素放出量を増加できることを確認した。すなわち本発明によれば、水素貯蔵材料の製造において機械的な粉砕処理後の試料の再凝集を防止できるために水素放出反応の効率が向上し、水素放出量を増加することが可能となったものと推察される。また、炭素材料からの低温での水素放出を利用することにより水素放出量が増加し、さらに、炭素材料粒子が金属アミド粒子及び水素化金属粒子の間隙に侵入することによって反応効率が向上したものと解される。
なお、グラファイトの添加を行わない場合(添加量0g)には、被処理物がミル容器2内で、図4に示すような形態に凝集することが確認された。これに対して、グラファイトを添加した場合には、被処理物は凝集することはなかった。
As shown in Table 1, it was confirmed that the hydrogen release amount can be increased by adding graphite. That is, according to the present invention, since the re-aggregation of the sample after the mechanical pulverization treatment can be prevented in the production of the hydrogen storage material, the efficiency of the hydrogen releasing reaction is improved, and the amount of hydrogen released can be increased. Inferred. In addition, the amount of hydrogen released is increased by utilizing the hydrogen release from the carbon material at low temperature, and the reaction efficiency is improved by the carbon material particles entering the gap between the metal amide particles and the metal hydride particles. It is understood.
In addition, when not adding graphite (addition amount 0g), it was confirmed that a to-be-processed object aggregates in the form as shown in FIG. On the other hand, when graphite was added, the object to be treated did not aggregate.

グラファイトの代わりに活性炭について同様の実験を実施した結果を表2に示す。0.1gの活性炭の添加により、水素放出量は5.4wt%となり、グラファイトと比較して活性炭の方が水素放出量が増加するという効果を確認した。さらに、活性炭の添加量を増加させることにより水素放出量が増加しており、炭素材料からの低温での水素放出量が増大したことを示唆している。これはグラファイトと同様の結果である。   Table 2 shows the results of a similar experiment performed on activated carbon instead of graphite. By adding 0.1 g of activated carbon, the hydrogen release amount was 5.4 wt%, and it was confirmed that activated carbon increased the hydrogen release amount compared to graphite. Furthermore, the amount of hydrogen released increased by increasing the amount of activated carbon added, suggesting that the amount of hydrogen released from the carbon material at a low temperature increased. This is the same result as graphite.

Figure 2008073582
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なお、本実施例ではミリング時間として2時間の例を示した。しかし、ミリング時間は、試料の性状に依存するものであって、材料の粉砕のしやすさやしにくさによって決まるものであり、予備試験等により粉砕の様子を考慮して数分〜100時間の間で適当な時間を選べばよい。実施例2、3においても同様である。   In this embodiment, an example in which the milling time is 2 hours is shown. However, the milling time depends on the properties of the sample and is determined by the ease and difficulty of pulverization of the material. You can choose an appropriate time between them. The same applies to the second and third embodiments.

水素化金属及び金属アミドとして表3に示すものを用い、グラファイトを表3に示す量を添加した以外は上記と同様にして水素放出量を測定した。結果を表3にあわせて示す。   The amount of hydrogen released was measured in the same manner as described above except that the metal hydrides and metal amides shown in Table 3 were used and the amount of graphite shown in Table 3 was added. The results are shown in Table 3.

Figure 2008073582
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グラファイト:0.1g、水素化リチウム(LiH):0.36g、リチウムアミド(LiNH):0.26g、酸化チタン(TiO):0.1gを秤量し、ミル容器2内部の水素圧力を0MPa(アルゴンガス)、1MPa及び3MPaとして原料組成物を充填した以外は実施例1と同様にして水素貯蔵材料を製造し、実施例1と同様に水素放出量の測定を行った。なお、初期化処理を行っていない。その結果を表4に示す。また、グラファイトの代わりに活性炭を用いた以外は上記と同様にして水素貯蔵材料の製造、水素放出量の測定を行った結果を表5に示す。 Graphite: 0.1 g, lithium hydride (LiH): 0.36 g, lithium amide (LiNH 2 ): 0.26 g, titanium oxide (TiO 2 ): 0.1 g are weighed, and the hydrogen pressure inside the mill vessel 2 is determined. A hydrogen storage material was produced in the same manner as in Example 1 except that the raw material composition was filled at 0 MPa (argon gas), 1 MPa, and 3 MPa, and the hydrogen release amount was measured in the same manner as in Example 1. Note that initialization processing is not performed. The results are shown in Table 4. In addition, Table 5 shows the results of manufacturing the hydrogen storage material and measuring the hydrogen release amount in the same manner as above except that activated carbon was used instead of graphite.

Figure 2008073582
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Figure 2008073582
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表4から1MPaの水素雰囲気でケミカルミリングを行うことにより、水素放出量は6.1wt%まで増加できることを確認した。水素圧力を増加することにより、水素放出量はさらに増加できる。次に、表5に示すように、炭素材料を活性炭にすることにより、さらに水素放出量を増加できることが確認された。
炭素材料を水素化処理したもの、あるいは炭素材料を添加した金属アミドと水素化金属の原料組成物中を水素雰囲気で機械的な粉砕処理することによって水素化された炭素材料の水素も貯蔵水素として放出可能となる。
ここで、炭素材料単独で水素化した場合には、水素放出温度が約300℃以上であるため、実用的ではなかった。ところが本実施例により、250℃以下の温度で大量の水素を放出できることが確認された。このように水素放出温度が低下した理由は、リチウムアミドと水素化リチウムがグラファイト表面に結合していることによって水素結合が不安定化され放出されやすくなったからである。
From Table 4, it was confirmed that the hydrogen release amount can be increased to 6.1 wt% by performing chemical milling in a 1 MPa hydrogen atmosphere. By increasing the hydrogen pressure, the amount of hydrogen released can be further increased. Next, as shown in Table 5, it was confirmed that the hydrogen release amount can be further increased by using activated carbon as the carbon material.
Hydrogen of carbon materials that have been hydrogenated or carbon materials that have been hydrogenated by mechanically crushing the raw material composition of metal amide and metal hydride added with carbon materials in a hydrogen atmosphere are also stored hydrogen. It can be released.
Here, in the case of hydrogenation with a carbon material alone, the hydrogen release temperature is about 300 ° C. or higher, which is not practical. However, according to this example, it was confirmed that a large amount of hydrogen can be released at a temperature of 250 ° C. or lower. The reason for the decrease in the hydrogen release temperature is that the lithium amide and lithium hydride are bonded to the graphite surface, so that the hydrogen bond is destabilized and easily released.

グラファイト:0.2g、水素化リチウム(LiH):0.1g、リチウムアミド(LiNH):0.36g、金属塩化物:0.2g、酸化チタン(TiO):0.1gを秤量し、高純度アルゴン雰囲気(水分≦1ppm)のグローブボックス内でミル容器2に充填し、以後は実施例1と同様の条件でロッキングミル1により粉砕処理を行った。なお、金属塩化物としては、塩化マグネシウム(MgCl)、塩化銅(CuCl)及び塩化亜鉛(ZnCl)を用いた。また、リチウムアミドの代わりにマグネシウムアミド(MgNH)を用いた以外は上記と同様にして水素貯蔵材料を得た。
得られた水素貯蔵材料について、実施例1と同様に水素放出量の測定を行った。金属アミドとしてリチウムアミドを用いた結果を表6に、マグネシウムアミドを用いた結果を表7に示す。
Graphite: 0.2 g, lithium hydride (LiH): 0.1 g, lithium amide (LiNH 2 ): 0.36 g, metal chloride: 0.2 g, titanium oxide (TiO 2 ): 0.1 g were weighed, The mill container 2 was filled in a glove box in a high purity argon atmosphere (moisture ≦ 1 ppm), and thereafter, pulverization was performed by the rocking mill 1 under the same conditions as in Example 1. Note that magnesium chloride (MgCl 2 ), copper chloride (CuCl 2 ), and zinc chloride (ZnCl 2 ) were used as metal chlorides. A hydrogen storage material was obtained in the same manner as described above except that magnesium amide (MgNH 2 ) was used instead of lithium amide.
For the obtained hydrogen storage material, the hydrogen release amount was measured in the same manner as in Example 1. The results using lithium amide as the metal amide are shown in Table 6, and the results using magnesium amide are shown in Table 7.

Figure 2008073582
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Figure 2008073582
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表6から金属塩化物を添加することにより水素放出のピーク温度を約150℃に低下させることができる。さらにこの表から、金属塩化物として、塩化銅、さらには塩化亜鉛を用いることにより水素放出量を増加できることが確認された。
次に、表7に示すように、リチウムアミドをマグネシウムアミドに変えることにより、水素放出量が増加することが確認された。
From Table 6, the peak hydrogen release temperature can be reduced to about 150 ° C. by adding metal chloride. Furthermore, from this table, it was confirmed that the hydrogen release amount can be increased by using copper chloride and further zinc chloride as the metal chloride.
Next, as shown in Table 7, it was confirmed that the hydrogen release amount increased by changing lithium amide to magnesium amide.

本発明による水素貯蔵材料の製造手順を示す図である。It is a figure which shows the manufacture procedure of the hydrogen storage material by this invention. ロッキングミルの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a rocking mill. ロッキングミルによる粉砕を模式的に示した図である。It is the figure which showed the grinding | pulverization by a rocking mill typically. ロッキングミルによる粉砕を模式的に示した図であって、被処理物が凝集を起こした状態を示す図である。It is the figure which showed the grinding | pulverization by a rocking mill typically, Comprising: It is a figure which shows the state which the to-be-processed object raise | generated aggregation.

符号の説明Explanation of symbols

1…ロッキングミル、2…ミル容器、3…振動テーブル、4…処理対象物、5…ボール   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rocking mill, 2 ... Mill container, 3 ... Vibration table, 4 ... Processing object, 5 ... Ball

Claims (8)

炭素材料粒子、水素化金属粒子及び金属アミド粒子を含む原料組成物を作製するステップ(a)と、
前記原料組成物に機械的なエネルギーを付与するステップ(b)と、
を含むことを特徴とする水素貯蔵材料の製造方法。
Producing a raw material composition comprising carbon material particles, metal hydride particles and metal amide particles;
Applying mechanical energy to the raw material composition (b);
A method for producing a hydrogen storage material, comprising:
前記炭素材料粒子が、グラファイト及び活性炭の1種又は2種であることを特徴とする請求項1に記載の水素貯蔵材料の製造方法。   The method for producing a hydrogen storage material according to claim 1, wherein the carbon material particles are one or two of graphite and activated carbon. 前記水素化金属粒子が、水素化リチウム粒子、水素化マグネシウム粒子及び水素化カルシウム粒子から選択される1種又は2種以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の水素貯蔵材料の製造方法。   The hydrogen storage material according to claim 1 or 2, wherein the metal hydride particles are one or more selected from lithium hydride particles, magnesium hydride particles, and calcium hydride particles. Production method. 前記金属アミド粒子が、リチウムアミド粒子、マグネシウムアミド粒子及びカルシウムアミド粒子から選択される1種又は2種以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の水素貯蔵材料の製造方法。   The said metal amide particle is 1 type, or 2 or more types selected from lithium amide particle, magnesium amide particle, and calcium amide particle, The manufacture of the hydrogen storage material in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. Method. 前記原料組成物が、金属塩化物粒子を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の水素貯蔵材料の製造方法。   The said raw material composition contains a metal chloride particle | grain, The manufacturing method of the hydrogen storage material in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 前記金属塩化物粒子が、塩化マグネシウム粒子、塩化銅粒子及び塩化亜鉛粒子から選択される1種又は2種以上であることを特徴とする請求項5に記載の水素貯蔵材料の製造方法。   The method for producing a hydrogen storage material according to claim 5, wherein the metal chloride particles are one or more selected from magnesium chloride particles, copper chloride particles, and zinc chloride particles. 前記ステップ(b)における前記機械的なエネルギーの付与が、機械的な粉砕処理によることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の水素貯蔵材料の製造方法。   The method for producing a hydrogen storage material according to any one of claims 1 to 6, wherein the mechanical energy application in the step (b) is performed by a mechanical pulverization process. 前記ステップ(b)における前記機械的なエネルギーの付与が、水素ガスを含む雰囲気下で行われることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の水素貯蔵材料の製造方法。   The method for producing a hydrogen storage material according to claim 1, wherein the mechanical energy application in the step (b) is performed in an atmosphere containing hydrogen gas.
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