JP2010236084A - Hydrogen storage alloy, method of preparing the same and hydrogen storage device - Google Patents

Hydrogen storage alloy, method of preparing the same and hydrogen storage device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen storage alloy having a high initial effective hydrogen amount and excellent cycle durability, and to provide a method of preparing the same, and a hydrogen storage device using such a hydrogen storage alloy. <P>SOLUTION: There are disclosed the hydrogen storage alloy having, as a main phase thereof, a bcc structure phase having a composition represented by Ti<SB>x</SB>Cr<SB>y</SB>V<SB>z</SB>X<SB>w</SB>, and a hydrogen generator using the alloy. The method of preparing the hydrogen storage alloy includes: a melting/casting process of melting/casting raw materials mixed to be the composition represented by Ti<SB>x</SB>Cr<SB>y</SB>V<SB>z</SB>X<SB>w</SB>; a heat treatment process of heat-treating an ingot obtained in the melting/casting process; and an activation process of executing the treatment of storing/releasing hydrogen to the heat-treated ingot at least once, wherein 3/2≤y/x≤3/1, 50≤z≤75 mol%, 0≤x≤5 mol%, (x+y+z+w) is 100 mol%, and X is at least one selected from Al, Si and Fe. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、可逆的な水素の貯蔵・放出が可能な水素吸蔵合金及びその製造方法、並びに、このような水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置に関する。   The present invention relates to a hydrogen storage alloy capable of reversibly storing and releasing hydrogen, a method for producing the same, and a hydrogen storage device using such a hydrogen storage alloy.

近年、二酸化炭素の排出による地球の温暖化等の環境問題や、石油資源の枯渇等のエネルギー問題から、クリーンな代替エネルギーとして水素エネルギーが注目されている。水素エネルギーの実用化に向けて、水素を安全に貯蔵、輸送する技術の開発が重要となる。水素の貯蔵方法にはいくつかの候補があるが、中でも可逆的に水素を貯蔵・放出することのできる水素貯蔵材料を用いる方法は、最も安全に水素を貯蔵・輸送する手段と考えられており、燃料電池車に搭載する水素貯蔵媒体として期待されている。   In recent years, hydrogen energy has attracted attention as a clean alternative energy due to environmental problems such as global warming caused by carbon dioxide emissions and energy problems such as exhaustion of petroleum resources. For the practical application of hydrogen energy, it will be important to develop technology for safely storing and transporting hydrogen. There are several candidates for hydrogen storage methods. Among them, methods using hydrogen storage materials that can store and release hydrogen reversibly are considered the safest means of storing and transporting hydrogen. It is expected as a hydrogen storage medium mounted on fuel cell vehicles.

水素貯蔵材料としては、活性炭、フラーレン、ナノチューブ等の炭素材料や、LaNi、TiFe等の水素吸蔵合金が知られている。これらの内、水素吸蔵合金は、炭素材料に比べて単位体積当たりの水素密度が高いので、水素を貯蔵・輸送するための水素貯蔵材料として有望視されている。
制御が容易な室温付近での水素吸蔵・放出が可能である実用的な水素吸蔵合金としては、LaNi5、TiFe合金、V−Ti−Cr合金などが知られている。これらの内、LaNi5やTiFe合金は、重量当たりの水素貯蔵量が少ないという問題があった。一方、V−Ti−Cr合金は、これらに比べて重量当たりの水素貯蔵量が大きいという特徴がある。
Known hydrogen storage materials include carbon materials such as activated carbon, fullerene, and nanotubes, and hydrogen storage alloys such as LaNi 5 and TiFe. Among these, hydrogen storage alloys are promising as hydrogen storage materials for storing and transporting hydrogen because they have a higher hydrogen density per unit volume than carbon materials.
As practical hydrogen storage alloys that can be stored and released near room temperature, which are easy to control, LaNi 5 , TiFe alloys, V—Ti—Cr alloys, and the like are known. Among these, LaNi 5 and TiFe alloys have a problem that the hydrogen storage amount per weight is small. On the other hand, the V—Ti—Cr alloy has a feature that the hydrogen storage amount per weight is larger than these.

V−Ti−Cr合金に関しては、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献1には、スピノーダル分解により形成された規則的な周期構造を有するTixCryz合金(x=5〜70、y=20〜70、z=10〜30)及びTi25Cr3540合金が開示されている。
同文献には、
(1)スピノーダル分解によって形成される二相の見かけの格子定数が0.3040nm付近である時に、TixCryz合金の水素吸放出量が極大値(1.4H/M)をとる点、及び、
(2)熱処理したTi25Cr3540合金の水素吸蔵量(最大水素吸蔵量)は、約3.7wt%になる点、
が記載されている。
Various proposals have been made regarding V-Ti-Cr alloys.
For example, Patent Document 1, Ti x Cr y V z alloy having a regular periodical structure formed by spinodal decomposition (x = 5~70, y = 20~70 , z = 10~30) and Ti 25 A Cr 35 V 40 alloy is disclosed.
In the same document,
(1) spinodal lattice constant of two phases apparent formed by decomposition when in the vicinity of 0.3040nm, Ti x Cr y V z hydrogen absorbing volume is the maximum value of the alloy (1.4H / M) that takes a ,as well as,
(2) The hydrogen storage amount (maximum hydrogen storage amount) of the heat-treated Ti 25 Cr 35 V 40 alloy is about 3.7 wt%,
Is described.

また、特許文献2には、Ti28.3Cr50.319.2Fe1.7Al0.5合金、Ti30Cr5020合金、Ti30Cr5019Cu1合金、Ti25Cr5020Fe4Ni1合金、及びTi25Cr555Mo10Fe5合金が開示されている。
同文献には、
(1)均質化熱処理後に10〜200℃/時間の冷却速度でBCC構造相とC15Laves相の混相領域まで降温すると、結晶粒内の針状α−Tiの析出が抑制され、BCC構造の結晶完全性が改善して有効水素移動量が増加する点、及び、
(2)均質化熱処理後に水焼入れ処理した場合、有効水素量は235〜262cc/gであるのに対し、均質化熱処理後に所定の冷却速度で徐冷すると、有効水素量は261〜281cc/gになる点、
が記載されている。
Patent Document 2 discloses Ti 28.3 Cr 50.3 V 19.2 Fe 1.7 Al 0.5 alloy, Ti 30 Cr 50 V 20 alloy, Ti 30 Cr 50 V 19 Cu 1 alloy, Ti 25 Cr 50 V 20 Fe 4 Ni 1 alloy, And Ti 25 Cr 55 V 5 Mo 10 Fe 5 alloy.
In the same document,
(1) When the temperature is lowered to the mixed phase region of the BCC structure phase and the C15 Loves phase at a cooling rate of 10 to 200 ° C./hour after the homogenization heat treatment, the precipitation of acicular α-Ti in the crystal grains is suppressed, and the complete crystal structure of the BCC structure Improving the efficiency and increasing the amount of effective hydrogen transfer, and
(2) When water quenching is performed after the homogenization heat treatment, the effective hydrogen amount is 235 to 262 cc / g, whereas when it is gradually cooled at a predetermined cooling rate after the homogenization heat treatment, the effective hydrogen amount is 261 to 281 cc / g. The point that becomes
Is described.

また、特許文献3には、V70Ti12Cr18合金、V40Ti24Cr36合金、及び、V60Ti16Cr24合金が開示されている。
同文献には、合金組成を最適化すると、低圧プラトー領域又は傾斜プラトーの下部プラトー領域における合金中の吸蔵水素が不安定化し、これらの領域から水素を取り出すことができる点が記載されている。
Patent Document 3 discloses a V 70 Ti 12 Cr 18 alloy, a V 40 Ti 24 Cr 36 alloy, and a V 60 Ti 16 Cr 24 alloy.
This document describes that when the alloy composition is optimized, the stored hydrogen in the alloy becomes unstable in the low-pressure plateau region or the lower plateau region of the inclined plateau, and hydrogen can be taken out from these regions.

また、特許文献4には、Ti15.0Cr34.749.8Al0.5合金が開示されている。
同文献には、Ti−Cr−V系合金にAlを添加すると、プラトー平坦性が向上する点が記載されている。
また、特許文献5には、V−10%Ti−20%Cr合金を、水素雰囲気中でメカニカルミリング処理することにより得られる水素吸蔵合金が開示されている。
同文献には、ミリング処理により微粉化と同時に組成を均一化できるので、ヒステリシスが小さくなる点が記載されている。
Patent Document 4 discloses a Ti 15.0 Cr 34.7 V 49.8 Al 0.5 alloy.
This document describes that when Al is added to a Ti—Cr—V alloy, the plateau flatness is improved.
Patent Document 5 discloses a hydrogen storage alloy obtained by mechanically milling a V-10% Ti-20% Cr alloy in a hydrogen atmosphere.
This document describes that hysteresis can be reduced because the composition can be made uniform at the same time as pulverization by milling.

さらに、特許文献6には、Ti20Cr4530Mo5合金、Ti25Cr5020Mo5合金、Ti25Cr4025Mo10合金、及び、Ti25Cr4020Mo15合金が開示されている。
同文献には、化学組成、主相の結晶構造及び格子定数を最適化すると、低温域の水素放出特性が向上する点が記載されている。
Further, Patent Document 6 includes Ti 20 Cr 45 V 30 Mo 5 alloy, Ti 25 Cr 50 V 20 Mo 5 alloy, Ti 25 Cr 40 V 25 Mo 10 alloy, and Ti 25 Cr 40 V 20 Mo 15 alloy. It is disclosed.
This document describes that when the chemical composition, the crystal structure of the main phase, and the lattice constant are optimized, the hydrogen release characteristics in the low temperature region are improved.

水素吸蔵合金を実用化するためには、可逆的に吸蔵放出することが可能な水素量(有効水素量)の初期値が高いこと、及び、有効水素量の経時劣化が少ないこと(すなわち、サイクル耐性に優れいていること)が必要である。しかしながら、従来の合金は、初期有効水素量又はサイクル耐性のいずれか一方のみが優れており、双方が優れた合金が開発された例は、従来にはない。   In order to put the hydrogen storage alloy into practical use, the initial value of the hydrogen amount (effective hydrogen amount) that can be stored and released reversibly is high, and the deterioration of the effective hydrogen amount over time is small (that is, the cycle). It must be highly resistant. However, the conventional alloy is excellent only in either the initial effective hydrogen amount or the cycle resistance, and there has never been an example in which an alloy excellent in both is developed.

特開平10−110225号公報JP-A-10-110225 特開2004−169102号公報JP 2004-169102 A 特開2000−345273号公報JP 2000-345273 A 特開平11−106859号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-106859 特開2001−11560号公報JP 2001-11560 A 特開2006−188737号公報JP 2006-188737 A

本発明が解決しようとする課題は、初期有効水素量が高く、かつ、サイクル耐性に優れた水素吸蔵合金及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、初期有効水素量が高く、かつ、サイクル耐性に優れた水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to provide a hydrogen storage alloy having a high initial effective hydrogen amount and excellent cycle resistance and a method for producing the same.
Another object of the present invention is to provide a hydrogen storage device using a hydrogen storage alloy having a high initial effective hydrogen amount and excellent cycle resistance.

上記課題を解決するために本発明に係る水素吸蔵合金は、次の(1)式で表される組成を有するbcc構造相を主相とすることを要旨とする。
TixCryzw ・・・(1)
但し、3/2≦y/x≦3/1、40≦z≦75mol%、0≦w≦5mol%、x+y+z+w=100mol%。
X=Al、Si及びFeから選ばれるいずれか1種以上。
In order to solve the above problems, the gist of the hydrogen storage alloy according to the present invention is that the main phase is a bcc structure phase having a composition represented by the following formula (1).
Ti x Cr y V z X w ··· (1)
However, 3/2 ≦ y / x ≦ 3/1, 40 ≦ z ≦ 75 mol%, 0 ≦ w ≦ 5 mol%, x + y + z + w = 100 mol%.
X = any one or more selected from Al, Si and Fe.

本発明に係る水素吸蔵合金の製造方法は、
(1)式で表される組成となるように配合された原料を溶解・鋳造する溶解・鋳造工程と、
前記溶解・鋳造工程で得られた鋳塊を熱処理する熱処理工程と、
熱処理された前記鋳塊に水素を吸蔵・放出させる処理を少なくとも1回行う活性化工程と
を備えていることを要旨とする。
TixCryzw ・・・(1)
但し、3/2≦y/x≦3/1、40≦z≦75mol%、0≦w≦5mol%、x+y+z+w=100mol%。
X=Al、Si及びFeから選ばれるいずれか1種以上。
The method for producing a hydrogen storage alloy according to the present invention includes:
(1) a melting / casting step of melting / casting a raw material blended to have a composition represented by the formula;
A heat treatment step for heat-treating the ingot obtained in the melting and casting step;
And an activation step of performing at least one treatment for occluding and releasing hydrogen in the heat-treated ingot.
Ti x Cr y V z X w ··· (1)
However, 3/2 ≦ y / x ≦ 3/1, 40 ≦ z ≦ 75 mol%, 0 ≦ w ≦ 5 mol%, x + y + z + w = 100 mol%.
X = any one or more selected from Al, Si and Fe.

さらに、本発明に係る水素貯蔵装置は、
本発明に係る水素吸蔵合金と、
前記水素吸蔵合金を収容するための容器と、
前記容器内に収容された前記水素吸蔵合金の温度を制御するための熱交換器と
を備えていることを要旨とする。
Furthermore, the hydrogen storage device according to the present invention is:
A hydrogen storage alloy according to the present invention;
A container for containing the hydrogen storage alloy;
The gist of the invention is that it comprises a heat exchanger for controlling the temperature of the hydrogen storage alloy housed in the container.

Ti−Cr−V系合金において、Cr/Ti比(y/x)を最適化すると、プラトー圧を実用上十分な範囲に維持しながら、初期有効水素量を増大させることができる。また、V量を最適化すると、初期有効水素量を高く維持しながら、サイクル耐性を向上させることができる。さらに、所定量のAl、Si及び/又はFeを含む場合には、最大水素量を大きく低下させることなく、プラトー圧を高くし、かつサイクル耐性を向上させることができる。   When the Cr / Ti ratio (y / x) is optimized in the Ti—Cr—V alloy, the initial effective hydrogen amount can be increased while maintaining the plateau pressure in a practically sufficient range. In addition, when the amount of V is optimized, cycle durability can be improved while maintaining the initial effective hydrogen amount high. Furthermore, when a predetermined amount of Al, Si and / or Fe is contained, the plateau pressure can be increased and the cycle resistance can be improved without greatly reducing the maximum hydrogen amount.

実施例1〜4で得られた熱処理後の合金のX線回折パターンである。It is an X-ray-diffraction pattern of the alloy after the heat processing obtained in Examples 1-4. 実施例1で得られた合金の室温での初期水素放出過程の圧力−組成等温線である。2 is a pressure-composition isotherm of an initial hydrogen release process at room temperature of the alloy obtained in Example 1. FIG. 実施例1、4及び比較例1、3で得られた合金の室温(実施例1、比較例3)又は0℃(実施例4、比較例1)でのサイクル耐性を示す図である(○、◆、△、■は測定値、各曲線は測定値の近似曲線を示す)。It is a figure which shows the cycle tolerance of the alloys obtained in Examples 1 and 4 and Comparative Examples 1 and 3 at room temperature (Example 1 and Comparative Example 3) or 0 ° C. (Example 4 and Comparative Example 1). , ◆, Δ, ■ are measured values, and each curve is an approximate curve of measured values). TixCryz合金(z=75)のy/x比と初期有効水素量及びサイクル耐性との関係を示す図である。Is a diagram showing a relationship between Ti x Cr y V z alloy (z = 75) of the y / x ratio and initial effective hydrogen amount and cycle durability. TixCryz合金(z=65)のy/x比と初期有効水素量及びサイクル耐性との関係を示す図である。Is a diagram showing a relationship between Ti x Cr y V z alloy (z = 65) of the y / x ratio and initial effective hydrogen amount and cycle durability. TixCryz合金(z=50)のy/x比と初期有効水素量及びサイクル耐性との関係を示す図である。Is a diagram showing a relationship between Ti x Cr y V z alloy (z = 50) of the y / x ratio and initial effective hydrogen amount and cycle durability. TixCryz合金(z=40)のy/x比と初期有効水素量及びサイクル耐性との関係を示す図である。Is a diagram showing a relationship between Ti x Cr y V z alloy (z = 40) of the y / x ratio and initial effective hydrogen amount and cycle durability. TixCryz合金(y/x=1.5)のzと初期有効水素量及びサイクル耐性との関係を示す図である。Is a diagram showing a relationship between Ti x Cr y V z z and initial effective hydrogen amount and cycle durability of the alloy (y / x = 1.5). TixCryz合金(y/x=2.0)のzと初期有効水素量及びサイクル耐性との関係を示す図である。Is a diagram showing a relationship between Ti x Cr y V z z and initial effective hydrogen amount and cycle durability of the alloy (y / x = 2.0). TixCryz合金(y/x=2.5)のzと初期有効水素量及びサイクル耐性との関係を示す図である。Is a diagram showing a relationship between Ti x Cr y V z alloy (y / x = 2.5) of z and initial effective hydrogen amount and cycle durability.

以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. 水素吸蔵合金]
本発明に係る水素吸蔵合金は、次の(1)式で表される組成を有するbcc構造相を主相とする。
TixCryzw ・・・(1)
但し、3/2≦y/x≦3/1、40≦z≦75mol%、0≦w≦5mol%、x+y+z+w=100mol%。
X=Al、Si及びFeから選ばれるいずれか1種以上。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
[1. Hydrogen storage alloy]
The hydrogen storage alloy according to the present invention has a bcc structural phase having a composition represented by the following formula (1) as a main phase.
Ti x Cr y V z X w ··· (1)
However, 3/2 ≦ y / x ≦ 3/1, 40 ≦ z ≦ 75 mol%, 0 ≦ w ≦ 5 mol%, x + y + z + w = 100 mol%.
X = any one or more selected from Al, Si and Fe.

[1.1. 合金組成]
[1.1.1. y/x]
本発明において、「最大水素量」とは、理論的に取り出すことが可能な水素量の最大値をいう。また、本発明において、「有効水素量」とは、0.01〜10MPaの範囲で可逆的に吸蔵放出することが可能な水素量をいう。
[1.1. Alloy composition]
[1.1.1. y / x]
In the present invention, the “maximum hydrogen amount” refers to the maximum value of the hydrogen amount that can be theoretically extracted. In the present invention, the “effective hydrogen amount” refers to an amount of hydrogen that can be reversibly occluded and released within a range of 0.01 to 10 MPa.

xは、合金中に含まれるTi量(mol%)を表す。yは、合金中に含まれるCr量(mol%)を表す。さらに、y/xは、合金中におけるTi量に対するCr量のモル比(Cr/Ti)を表す。
y/x比が小さくなる(すなわち、Ti量が多くなる)ほど、最大水素量が多くなる。しかしながら、y/xが小さくなりすぎると、プラトー圧が低下する。プラトー圧が過度に低下すると、水素を取り出すために減圧が必要となるので、有効水素量が少なくなる。従って、y/xは、3/2以上である必要がある。y/xは、さらに好ましくは、3/1.65以上である。
x represents the amount of Ti (mol%) contained in the alloy. y represents the amount of Cr (mol%) contained in the alloy. Furthermore, y / x represents the molar ratio (Cr / Ti) of the Cr amount to the Ti amount in the alloy.
The smaller the y / x ratio (that is, the greater the Ti content), the greater the maximum hydrogen content. However, if y / x becomes too small, the plateau pressure decreases. When the plateau pressure is excessively reduced, the amount of effective hydrogen is reduced because a reduced pressure is required to extract hydrogen. Therefore, y / x needs to be 3/2 or more. y / x is more preferably 3 / 1.65 or more.

一方、y/xが大きくなる(すなわち、Cr量が多くなる)ほど、プラトー圧が増大し、水素を取り出しやすくなる。しかしながら、プラトー圧が大きくなりすぎると、水素を吸蔵させるために高圧力が必要となる。また、y/xが大きくなりすぎると、最大水素量も少なくなる。従って、y/xは、3/1以下である必要がある。y/xは、さらに好ましくは、3/1.2以下、さらに好ましくは3/1.35以下である。   On the other hand, as y / x increases (that is, the amount of Cr increases), the plateau pressure increases and it becomes easier to extract hydrogen. However, if the plateau pressure becomes too high, a high pressure is required to occlude hydrogen. Moreover, when y / x becomes too large, the maximum amount of hydrogen also decreases. Therefore, y / x needs to be 3/1 or less. y / x is more preferably 3 / 1.2 or less, and further preferably 3 / 1.35 or less.

[1.1.2. z]
zは、合金中に含まれるV量(mol%)を表す。zが小さくなる(すなわち、V量が少なくなる)ほど、サイクル耐性が低下する。高いサイクル耐性を得るためには、zは、40mol%以上である必要がある。zは、さらに好ましくは、50mol%以上、さらに好ましくは、55mol%以上、さらに好ましくは57.5mol%以上、さらに好ましくは、60mol%以上である。
一方、Vが過剰になると有効水素量の初期値(初期有効水素量)が少なくなる。従って、zは、75mol%以下である必要がある。
初期有効水素量に特に優れた水素吸蔵合金を得るためには、zは、70mol%未満が好ましい。zは、さらに好ましくは、68mol%以下である。
一方、サイクル耐性に特に優れた水素吸蔵合金を得るためには、zは、70mol%超75mol%以下が好ましい。zは、さらに好ましくは、71mol%以上、さらに好ましくは、72mol%以上である。
[1.1.2. z]
z represents the amount of V (mol%) contained in the alloy. As z decreases (that is, the amount of V decreases), the cycle resistance decreases. In order to obtain high cycle resistance, z needs to be 40 mol% or more. z is more preferably 50 mol% or more, further preferably 55 mol% or more, more preferably 57.5 mol% or more, and further preferably 60 mol% or more.
On the other hand, when V becomes excessive, the initial value of the effective hydrogen amount (initial effective hydrogen amount) decreases. Therefore, z needs to be 75 mol% or less.
In order to obtain a hydrogen storage alloy that is particularly excellent in the initial effective hydrogen amount, z is preferably less than 70 mol%. z is more preferably 68 mol% or less.
On the other hand, in order to obtain a hydrogen storage alloy particularly excellent in cycle resistance, z is preferably more than 70 mol% and 75 mol% or less. z is more preferably 71 mol% or more, and still more preferably 72 mol% or more.

[1.1.3. w]
wは、合金中に含まれる元素Xの量(mol%)を表す。Xは、Al、Si、及びFeから選ばれるいずれか1種以上の元素を表す。
元素Xは、必ずしも必要な元素ではないが、これらの元素を添加すると、最大水素量を大きく低下させることなく、プラトー圧を高くし、また、サイクル耐性を向上させることができる。
一方、wが大きくなりすぎると、有効水素量が極端に低下する。従って、wは、5mol%以下である必要がある。wは、さらに好ましくは、3mol%以下、さらに好ましくは、2mol%以下である。
[1.1.3. w]
w represents the amount (mol%) of the element X contained in the alloy. X represents one or more elements selected from Al, Si, and Fe.
The element X is not necessarily a necessary element, but when these elements are added, the plateau pressure can be increased and the cycle resistance can be improved without greatly reducing the maximum hydrogen amount.
On the other hand, if w is too large, the effective hydrogen amount is extremely reduced. Therefore, w needs to be 5 mol% or less. w is more preferably 3 mol% or less, and still more preferably 2 mol% or less.

[1.2. 合金組成の具体例]
(1)式で表される水素吸蔵合金は、相対的に高い初期有効水素量と、相対的に高いサイクル耐性とを持つ。この水素吸蔵合金の成分をさらに最適化すると、初期有効水素量及び/又はサイクル耐性をさらに向上させることができる。このような合金としては、具体的には、以下のようなものがある。
[1.2. Specific examples of alloy composition]
The hydrogen storage alloy represented by the formula (1) has a relatively high initial effective hydrogen amount and relatively high cycle resistance. By further optimizing the components of this hydrogen storage alloy, the initial effective hydrogen amount and / or cycle resistance can be further improved. Specific examples of such alloys include the following.

[1.2.1. 第1の具体例]
水素吸蔵合金の第1の具体例は、次の(2)式で表される組成を有するbcc構造相を主相とする。(2)式で表される水素吸蔵合金は、適度なサイクル耐性と高い初期有効水素量とを持つ。
TixCryzw ・・・(2)
但し、3/2≦y/x≦3/1、50≦z≦70mol%、0≦w≦5mol%、x+y+z+w=100mol%。
X=Al、Si及びFeから選ばれるいずれか1種以上。
[1.2.1. First specific example]
The first specific example of the hydrogen storage alloy has a bcc structure phase having a composition represented by the following formula (2) as a main phase. The hydrogen storage alloy represented by the formula (2) has moderate cycle resistance and a high initial effective hydrogen amount.
Ti x Cr y V z X w ··· (2)
However, 3/2 ≦ y / x ≦ 3/1, 50 ≦ z ≦ 70 mol%, 0 ≦ w ≦ 5 mol%, x + y + z + w = 100 mol%.
X = any one or more selected from Al, Si and Fe.

(2)式において、zが大きくなるほど、初期有効水素量が増大する。しかしながら、zが大きくなりすぎると、初期有効水素量は、かえって低下する場合がある。また、(2)式において、zが大きくなるほど、サイクル耐性は向上する。
高い初期有効水素量と高いサイクル耐性とを両立させるためには、zは、55mol%以上が好ましい。zは、さらに好ましくは57.5mol%以上、さらに好ましくは60mol%以上である。
同様に、高い初期有効水素量と高いサイクル耐性とを両立させるためには、zは、68mol%以下が好ましい。
In the equation (2), the initial effective hydrogen amount increases as z increases. However, if z becomes too large, the initial effective hydrogen amount may decrease. Moreover, in Formula (2), cycle tolerance improves, so that z becomes large.
In order to achieve both a high initial effective hydrogen amount and high cycle resistance, z is preferably 55 mol% or more. z is more preferably 57.5 mol% or more, and still more preferably 60 mol% or more.
Similarly, in order to achieve both a high initial effective hydrogen amount and high cycle resistance, z is preferably 68 mol% or less.

(2)式において、y/xが大きくなるほど、初期有効水素量は増大する。しかしながら、y/xが大きくなりすぎると、初期有効水素量は、かえって低下する。同様に、(2)式において、y/xが大きくなるほど、サイクル耐性は向上する。しかしながら、y/xが大きくなりすぎると、サイクル耐性は、かえって低下する場合がある。
高い初期有効水素量と高いサイクル耐性とを両立させるためには、y/xは、3/1.65以上が好ましい。
同様に、高い初期有効水素量と高いサイクル耐性とを両立させるためには、y/xは、3/1.2以下が好ましく、さらに好ましくは3/1.35以下である。
In the equation (2), the initial effective hydrogen amount increases as y / x increases. However, if y / x becomes too large, the initial effective hydrogen amount is reduced. Similarly, in the formula (2), the cycle tolerance improves as y / x increases. However, if y / x becomes too large, the cycle resistance may decrease.
In order to achieve both a high initial effective hydrogen amount and high cycle resistance, y / x is preferably 3 / 1.65 or more.
Similarly, in order to achieve both a high initial effective hydrogen amount and high cycle resistance, y / x is preferably 3 / 1.2 or less, and more preferably 3 / 1.35 or less.

さらに、(2)式において、y/xとzとを同時に最適化すると、高い初期有効水素量と高いサイクル耐性とを高い次元で両立させることができる。y/x及びzの好ましい範囲は、以下の通りである。
(a)3/2<y/x≦3/1.2、55≦z<70mol%。
(b)3/2<y/x≦3/1.2、57.5≦z<70mol%。
(c)3/2<y/x≦3/1.35、57.5≦z<70mol%。
(d)3/1.65≦y/x≦3/1.35、57.5≦z<70mol%。
(e)3/2<y/x≦3/1.2、60≦z≦68mol%。
(f)3/2<y/x≦3/1.35、60≦z≦68mol%。
(g)3/1.65≦y/x≦3/1.35、60≦z≦68mol%。
Furthermore, in the formula (2), when y / x and z are simultaneously optimized, a high initial effective hydrogen amount and a high cycle resistance can be achieved at a high level. Preferred ranges of y / x and z are as follows.
(A) 3/2 <y / x ≦ 3 / 1.2, 55 ≦ z <70 mol%.
(B) 3/2 <y / x ≦ 3 / 1.2, 57.5 ≦ z <70 mol%.
(C) 3/2 <y / x ≦ 3 / 1.35, 57.5 ≦ z <70 mol%.
(D) 3 / 1.65 ≦ y / x ≦ 3 / 1.35, 57.5 ≦ z <70 mol%.
(E) 3/2 <y / x ≦ 3 / 1.2, 60 ≦ z ≦ 68 mol%.
(F) 3/2 <y / x ≦ 3 / 1.35, 60 ≦ z ≦ 68 mol%.
(G) 3 / 1.65 ≦ y / x ≦ 3 / 1.35, 60 ≦ z ≦ 68 mol%.

[1.2.2. 第2の具体例]
水素吸蔵合金の第2の具体例は、次の(3)式で表される組成を有するbcc構造相を主相とする。(3)式で表される水素吸蔵合金は、適度な初期有効水素量と、高いサイクル耐性とを持つ。
TixCryzw ・・・(3)
但し、3/2≦y/x≦3/1、70≦z≦75mol%、0≦w≦5mol%、x+y+z+w=100mol%。
X=Al、Si及びFeから選ばれるいずれか1種以上。
[1.2.2. Second specific example]
The second specific example of the hydrogen storage alloy has a bcc structure phase having a composition represented by the following formula (3) as a main phase. The hydrogen storage alloy represented by the formula (3) has an appropriate initial effective hydrogen amount and high cycle resistance.
Ti x Cr y V z X w ··· (3)
However, 3/2 ≦ y / x ≦ 3/1, 70 ≦ z ≦ 75 mol%, 0 ≦ w ≦ 5 mol%, x + y + z + w = 100 mol%.
X = any one or more selected from Al, Si and Fe.

(3)式において、zが大きくなるほど、サイクル耐性が向上する。しかしながら、zが大きくなりすぎると、初期有効水素量が低下する。
高い初期有効水素量と高いサイクル耐性とを両立させるためには、zは、71mol%以上が好ましい。zは、さらに好ましくは72mol%以上である。
同様に、高い初期有効水素量と高いサイクル耐性とを両立させるためには、zは、74mol%以下が好ましい。
In the formula (3), cycle resistance improves as z increases. However, if z becomes too large, the initial effective hydrogen amount decreases.
In order to achieve both a high initial effective hydrogen amount and high cycle resistance, z is preferably 71 mol% or more. z is more preferably 72 mol% or more.
Similarly, z is preferably 74 mol% or less in order to achieve both a high initial effective hydrogen amount and high cycle resistance.

(3)式において、y/xが大きくなるほど、初期有効水素量は増大する。しかしながら、y/xが大きくなりすぎると、初期有効水素量は、かえって低下する。また、(3)式において、y/xが大きくなるほど、サイクル耐性は向上する。しかしながら、y/xが大きくなりすぎると、サイクル耐性は、かえって低下する場合がある。
高い初期有効水素量と高いサイクル耐性とを両立させるためには、y/xは、3/1.65以上が好ましい。
同様に、高い初期有効水素量と高いサイクル耐性とを両立させるためには、y/xは、3/1.2以下が好ましく、さらに好ましくは、3/1.35以下である。
In the equation (3), the initial effective hydrogen amount increases as y / x increases. However, if y / x becomes too large, the initial effective hydrogen amount is reduced. Moreover, in Formula (3), cycle tolerance improves, so that y / x becomes large. However, if y / x becomes too large, the cycle resistance may decrease.
In order to achieve both a high initial effective hydrogen amount and high cycle resistance, y / x is preferably 3 / 1.65 or more.
Similarly, in order to achieve both a high initial effective hydrogen amount and high cycle resistance, y / x is preferably 3 / 1.2 or less, and more preferably 3 / 1.35 or less.

さらに、(3)式において、y/xとzとを同時に最適化すると、高い初期有効水素量と高いサイクル耐性とを高い次元で両立させることができる。
初期有効水素量を重視する場合、y/x及びzの好ましい範囲は、以下の通りである。
(a)3/2≦y/x≦3/1.2、70<z≦75mol%。
(b)3/1.65≦y/x≦3/1.35、71≦z≦75mol%。
また、サイクル耐性を重視する場合、z及びy/xの好ましい範囲は、以下の通りである。
(a)3/1.35≦y/x≦3/1、70≦z≦75mol%。
(b)3/1.2≦y/x≦3/1、 71≦z≦75mol%。
Further, in the formula (3), when y / x and z are simultaneously optimized, a high initial effective hydrogen amount and a high cycle resistance can be achieved at a high level.
When emphasizing the initial effective hydrogen amount, preferred ranges of y / x and z are as follows.
(A) 3/2 ≦ y / x ≦ 3 / 1.2, 70 <z ≦ 75 mol%.
(B) 3 / 1.65 ≦ y / x ≦ 3 / 1.35, 71 ≦ z ≦ 75 mol%.
Moreover, when importance is attached to cycle resistance, preferred ranges of z and y / x are as follows.
(A) 3 / 1.35 ≦ y / x ≦ 3/1, 70 ≦ z ≦ 75 mol%.
(B) 3 / 1.2 ≦ y / x ≦ 3/1, 71 ≦ z ≦ 75 mol%.

[1.3. bcc構造相]
上述した組成が得られるように原料を配合し、溶解鋳造すると、(1)式で表されるbcc構造相を主相とする水素吸蔵合金が得られる。水素吸蔵合金は、bcc構造相のみからなるのが好ましいが、不可避的不純物が含まれていても良い。不可避的不純物としては、例えば、純Ti、TiCr2(ラーベス相)などがある。水素吸蔵放出特性に悪影響を及ぼす不可避的不純物は、少ないほど良い。
本発明において、「bcc構造相を主相とする」とは、水素吸蔵合金に含まれるbcc構造相の体積割合が80vol%以上であることをいう。bcc構造相の体積割合は、さらに好ましくは、90vol%以上である。
[1.3. bcc structure phase]
When the raw materials are blended so as to obtain the composition described above and melt cast, a hydrogen storage alloy having a bcc structure phase represented by the formula (1) as a main phase is obtained. The hydrogen storage alloy preferably comprises only the bcc structure phase, but may contain inevitable impurities. Inevitable impurities include, for example, pure Ti and TiCr 2 (Laves phase). The smaller the inevitable impurities that adversely affect the hydrogen storage / release characteristics, the better.
In the present invention, “having the bcc structure phase as the main phase” means that the volume ratio of the bcc structure phase contained in the hydrogen storage alloy is 80 vol% or more. The volume ratio of the bcc structural phase is more preferably 90 vol% or more.

[1.4. 粒径]
水素吸蔵合金の粒径は、水素の吸蔵・放出特性に影響を与える。一般に、粒径が小さくなりすぎると、表面積が増加する。その結果、表面の酸化層が増大し、水素貯蔵量が減少する。また、粒径を小さくするために長時間の粉砕処理を行うと、水素吸蔵合金に歪が導入される。その結果、水素貯蔵量が減少し、あるいは、プラトー平坦性が低下する。従って、水素吸蔵合金の粒径は、活性化処理前において、0.1mm以上が好ましい。
一方、水素吸蔵合金の粒径が大きくなりすぎると、表面積が小さくなる。そのため、活性化処理に長時間、高温及び/又は高圧が必要となる。また、活性化処理の処理回数も増加する。従って、水素吸蔵合金の粒径は、活性化処理前において、10mm以下が好ましい。
ここで、「水素吸蔵合金の粒径」とは、ふるい(メッシュ)による分級試験で用いられるふるい目の大きさをいう。
[1.4. Particle size]
The particle size of the hydrogen storage alloy affects the hydrogen storage / release characteristics. Generally, when the particle size becomes too small, the surface area increases. As a result, the oxide layer on the surface increases and the hydrogen storage amount decreases. In addition, when a long pulverization process is performed to reduce the particle size, strain is introduced into the hydrogen storage alloy. As a result, the hydrogen storage amount is reduced or the plateau flatness is lowered. Therefore, the particle size of the hydrogen storage alloy is preferably 0.1 mm or more before the activation treatment.
On the other hand, when the particle size of the hydrogen storage alloy becomes too large, the surface area becomes small. Therefore, high temperature and / or high pressure are required for the activation process for a long time. In addition, the number of activation processes increases. Therefore, the particle size of the hydrogen storage alloy is preferably 10 mm or less before the activation treatment.
Here, the “particle size of the hydrogen storage alloy” refers to the size of a sieve used in a classification test using a sieve (mesh).

[2. 水素吸蔵合金の製造方法]
本発明に係る水素吸蔵合金の製造方法は、溶解・鋳造工程と、熱処理工程と、活性化工程とを備えている。
[2. Method for producing hydrogen storage alloy]
The method for producing a hydrogen storage alloy according to the present invention includes a melting / casting step, a heat treatment step, and an activation step.

[2.1 溶解・鋳造工程]
溶解・鋳造工程は、(1)式で表される組成となるように配合された原料を溶解・鋳造する工程である。なお、(1)式の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
TixCryzw ・・・(1)
但し、3/2≦y/x≦3/1、40≦z≦75mol%、0≦w≦5mol%、x+y+z+w=100mol%。
X=Al、Si及びFeから選ばれるいずれか1種以上。
[2.1 Melting / Casting Process]
The melting / casting step is a step of melting / casting the raw materials blended so as to have the composition represented by the formula (1). Since the details of the expression (1) are as described above, the description thereof is omitted.
Ti x Cr y V z X w ··· (1)
However, 3/2 ≦ y / x ≦ 3/1, 40 ≦ z ≦ 75 mol%, 0 ≦ w ≦ 5 mol%, x + y + z + w = 100 mol%.
X = any one or more selected from Al, Si and Fe.

原料の溶解・鋳造方法は、特に限定されるものではなく、アーク溶解法、高周波誘導溶解法等、種々の方法を用いることができる。
原料の溶解・鋳造は、多量の酸素混入による合金特性の悪化を防ぐために、不活性ガス雰囲気、還元雰囲気、真空下(1×10-1〜1×10-6Torr(13.3〜1.33×10-4Pa))などの非酸化雰囲気下で行うのが好ましい。溶解温度及び溶解時間は、特に限定されるものではないが、均一な溶湯が得られる温度及び時間であれば良い。
The raw material melting / casting method is not particularly limited, and various methods such as an arc melting method and a high-frequency induction melting method can be used.
In order to prevent deterioration of the alloy characteristics due to mixing of a large amount of oxygen, the melting and casting of the raw materials are performed under an inert gas atmosphere, a reducing atmosphere, and under vacuum (1 × 10 −1 to 1 × 10 −6 Torr (13.3 to 1. It is preferable to carry out in a non-oxidizing atmosphere such as 33 × 10 −4 Pa)). The melting temperature and the melting time are not particularly limited, but may be any temperature and time at which a uniform molten metal can be obtained.

[2.2 熱処理工程]
熱処理工程は、溶解・鋳造工程で得られた鋳塊を熱処理する工程である。
一般に、TiCrV系合金のbcc構造相は、高温平衡相である。溶解・鋳造時に形成される各成分の凝固偏析(特に、Ti成分とV成分のデンドライト状の凝固偏析)を解消して均質化するためには、bcc構造相の安定な高温域での熱処理(均質化熱処理)が必要となる。また、均質化熱処理を行うと、プラトーの平坦性が増し、水素吸蔵・放出特性を向上させることができる。
[2.2 Heat treatment process]
The heat treatment step is a step of heat-treating the ingot obtained in the melting / casting step.
In general, the bcc structural phase of a TiCrV alloy is a high temperature equilibrium phase. In order to eliminate and solidify the solidification segregation of each component (particularly the dendritic solidification segregation of Ti and V components) formed during melting and casting, heat treatment in a stable high temperature region of the bcc structure phase ( Homogenization heat treatment) is required. In addition, when the homogenization heat treatment is performed, the flatness of the plateau increases, and the hydrogen storage / release characteristics can be improved.

構成元素を短時間で拡散させ、成分を均質化するためには、熱処理温度は、1200℃以上が好ましい。
一方、合金の部分的溶融を抑制するためには、熱処理温度は、合金の融点以下が好ましい。熱処理温度は、さらに好ましくは、融点より20〜100℃低い温度である。
In order to diffuse the constituent elements in a short time and to homogenize the components, the heat treatment temperature is preferably 1200 ° C. or higher.
On the other hand, in order to suppress partial melting of the alloy, the heat treatment temperature is preferably equal to or lower than the melting point of the alloy. The heat treatment temperature is more preferably 20 to 100 ° C. lower than the melting point.

十分な均質化効果を得るためには、熱処理時間は、一般に長いほどよい。熱処理時間は、具体的には、1時間以上が好ましい。
一方、必要以上の熱処理は、効果が飽和するので、実益がない。従って、熱処理時間は、24時間以下が好ましい。
In order to obtain a sufficient homogenizing effect, the longer the heat treatment time, the better. Specifically, the heat treatment time is preferably 1 hour or longer.
On the other hand, the heat treatment more than necessary has no practical effect because the effect is saturated. Therefore, the heat treatment time is preferably 24 hours or less.

熱処理は、合金の酸化を防ぐために、不活性ガス雰囲気、還元雰囲気、真空下(1×10-1〜1×10-6Torr(13.3〜1.33×10-4Pa))などの非酸化雰囲気下で行うのが好ましい。 The heat treatment is performed in an inert gas atmosphere, a reducing atmosphere, or under vacuum (1 × 10 −1 to 1 × 10 −6 Torr (13.3 to 1.33 × 10 −4 Pa)) to prevent oxidation of the alloy. It is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere.

[2.3 活性化工程]
活性化工程は、熱処理された鋳塊に水素を吸蔵・放出させる処理を少なくとも1回行う工程である。
活性化処理は、鋳塊を所定の温度に加熱した状態で減圧し、次いで鋳塊を加圧した水素に接触させることにより行う。
活性化処理の温度が低すぎると、水素を吸蔵させるのが困難となる。従って、活性化処理の温度は、300℃以上が好ましい。
一方、活性化処理の温度が高くなりすぎると、均質化した組織が不均一になるおそれがある。従って、活性化処理の温度は、450℃以下が好ましい。
[2.3 Activation process]
The activation process is a process of performing at least one process of occluding and releasing hydrogen in the heat-treated ingot.
The activation treatment is performed by reducing the pressure while the ingot is heated to a predetermined temperature, and then bringing the ingot into contact with pressurized hydrogen.
If the temperature of the activation process is too low, it becomes difficult to occlude hydrogen. Accordingly, the temperature for the activation treatment is preferably 300 ° C. or higher.
On the other hand, if the temperature of the activation process becomes too high, the homogenized structure may become non-uniform. Therefore, the temperature for the activation treatment is preferably 450 ° C. or lower.

減圧時の圧力及び水素吸蔵時の水素圧力は、特に限定されるものではなく、活性化が十分に行える圧力であれば良い。減圧時の圧力は、通常、1×10-4Torr(1.33×10-2Pa程度である。また、水素吸蔵させる際の水素圧力は、通常、50atm(5.07MPa)程度である。 The pressure at the time of depressurization and the hydrogen pressure at the time of storing hydrogen are not particularly limited, and any pressure can be used as long as it can be sufficiently activated. The pressure at the time of depressurization is usually about 1 × 10 −4 Torr (1.33 × 10 −2 Pa. Further, the hydrogen pressure when hydrogen is occluded is usually about 50 atm (5.07 MPa).

本発明に係る水素吸蔵合金において、活性化処理は、少なくとも1回行う必要がある。一般に、水素吸蔵合金の活性化処理は数回繰り返す必要があるが、本発明に係る水素吸蔵合金は、1回の処理によっても十分に活性化させることができる。   In the hydrogen storage alloy according to the present invention, the activation process needs to be performed at least once. In general, the activation treatment of the hydrogen storage alloy needs to be repeated several times, but the hydrogen storage alloy according to the present invention can be sufficiently activated even by a single treatment.

[3. 水素貯蔵装置]
本発明に係る水素貯蔵装置は、本発明に係る水素吸蔵合金と、容器と、熱交換器とを備えている。
本発明に係る水素吸蔵合金の詳細については、上述した通りであるので説明を省略する。
容器は、水素吸蔵合金を収容するためのものである。容器は、水素の吸蔵放出時に、その内部を所定の温度及び圧力に維持することができるものであれば良い。
熱交換器は、容器内に収容された水素吸蔵合金の温度を制御するためのものである。一般に、水素の吸蔵・放出時には、吸熱又は発熱を伴う。従って、水素の吸蔵・放出を安定して行うためには、水素吸蔵合金の温度を所定の範囲に維持する必要がある。熱交換器の構造は、特に限定されるものではなく、種々の構造を有する熱交換器を用いることができる。
[3. Hydrogen storage device]
The hydrogen storage device according to the present invention includes the hydrogen storage alloy according to the present invention, a container, and a heat exchanger.
Since the details of the hydrogen storage alloy according to the present invention are as described above, the description thereof is omitted.
The container is for containing a hydrogen storage alloy. The container may be any container that can maintain the inside at a predetermined temperature and pressure when storing and releasing hydrogen.
A heat exchanger is for controlling the temperature of the hydrogen storage alloy accommodated in the container. Generally, at the time of storage / release of hydrogen, heat absorption or heat generation is accompanied. Therefore, in order to stably store and release hydrogen, it is necessary to maintain the temperature of the hydrogen storage alloy within a predetermined range. The structure of the heat exchanger is not particularly limited, and heat exchangers having various structures can be used.

[4. 水素吸蔵合金及びその製造方法、並びに、水素貯蔵装置の作用]
Ti−Cr−V系合金において、Cr/Ti比(y/x)を最適化すると、プラトー圧を実用上十分な範囲に維持しながら、初期有効水素量を増大させることができる。
また、V量を最適化すると、初期有効水素量を高く維持しながら、サイクル耐性を向上させることができる。しかも、1回の活性化処理により、相対的に多量の水素を吸蔵・放出させることが可能となる。
さらに、Ti−Cr−V系合金に対して、Al、Si及びFeから選ばれるいずれか1種以上を添加すると、最大水素量を大きく低下させることなく、プラトー圧を高くし、かつサイクル耐性を向上させることができる。その結果、有効水素量を増大させることができる。
[4. Hydrogen storage alloy, method for producing the same, and operation of hydrogen storage device]
When the Cr / Ti ratio (y / x) is optimized in the Ti—Cr—V alloy, the initial effective hydrogen amount can be increased while maintaining the plateau pressure in a practically sufficient range.
In addition, when the amount of V is optimized, cycle durability can be improved while maintaining the initial effective hydrogen amount high. Moreover, a relatively large amount of hydrogen can be occluded and released by one activation process.
Further, when any one or more selected from Al, Si and Fe is added to the Ti—Cr—V alloy, the plateau pressure is increased and the cycle resistance is increased without greatly reducing the maximum hydrogen content. Can be improved. As a result, the effective hydrogen amount can be increased.

(実施例1〜6、比較例1〜3)
[1. 試料の作製]
所定の比率で配合された原料をアーク溶解し、鋳塊を得た。得られた鋳塊をAr下、1300〜1350℃で熱処理した。さらに、熱処理後の合金に対し、300〜450℃での活性化処理を1回行った。
[2. 試験方法]
[2.1 X線回折]
熱処理後の合金に対して、X線回折測定を行った。得られたX線回折パターンから格子定数を算出した。
[2.2 水素吸蔵放出特性]
活性化処理後の合金に対し、−20℃〜室温で圧力−組成等温線測定を10サイクル行った。得られた初期有効水素量及び10サイクル目の有効水素量を用いて、維持率(=10サイクル目の有効水素量×100/初期有効水素量(%))を算出した。
さらに、室温又は0℃で圧力−組成等温線測定を50〜100サイクルを行い、有効水素量の変化を調べた。
(Examples 1-6, Comparative Examples 1-3)
[1. Preparation of sample]
The raw materials blended at a predetermined ratio were arc-melted to obtain an ingot. The obtained ingot was heat-treated at 1300 to 1350 ° C. under Ar. Furthermore, activation treatment at 300 to 450 ° C. was performed once on the heat-treated alloy.
[2. Test method]
[2.1 X-ray diffraction]
X-ray diffraction measurement was performed on the heat-treated alloy. The lattice constant was calculated from the obtained X-ray diffraction pattern.
[2.2 Hydrogen storage / release characteristics]
Ten cycles of pressure-composition isotherm measurement were performed on the alloy after the activation treatment at −20 ° C. to room temperature. Using the obtained initial effective hydrogen amount and the effective hydrogen amount at the 10th cycle, the maintenance ratio (= effective hydrogen amount at the 10th cycle × 100 / initial effective hydrogen amount (%)) was calculated.
Furthermore, the pressure-composition isotherm measurement was performed for 50 to 100 cycles at room temperature or 0 ° C., and the change in the effective hydrogen amount was examined.

[3. 結果]
表1に、評価結果をまとめて示す。なお、表1には、各試料の組成及び熱処理条件も併せて示した。
表1より、
(1)比較例1、2で得られた合金は、初期有効水素量は相対的に多いが、10サイクル目の有効水素量の維持率(サイクル耐性)は低い、
(2)比較例3で得られた合金は、サイクル耐性は高いが、初期有効水素量は少ない、
(3)実施例1〜6で得られた合金は、いずれも、初期有効水素量が多く、かつサイクル耐性も高い、
ことがわかる。
[3. result]
Table 1 summarizes the evaluation results. Table 1 also shows the composition of each sample and the heat treatment conditions.
From Table 1,
(1) The alloys obtained in Comparative Examples 1 and 2 have a relatively large initial effective hydrogen amount, but the maintenance rate (cycle resistance) of the effective hydrogen amount at the 10th cycle is low.
(2) The alloy obtained in Comparative Example 3 has high cycle resistance, but the initial effective hydrogen amount is small.
(3) All the alloys obtained in Examples 1 to 6 have a large initial effective hydrogen amount and high cycle resistance.
I understand that.

Figure 2010236084
Figure 2010236084

図1に、実施例1〜4で得られた合金のX線回折パターンを示す。図1より、実施例1〜4で得られた合金は、いずれもbcc単相であることが確認された。
また、図2に、実施例1で得られた合金の室温での初期水素放出過程の圧力−組成等温線を示す。実施例1の合金の初期有効水素量は、2.51mass%であった。
In FIG. 1, the X-ray-diffraction pattern of the alloy obtained in Examples 1-4 is shown. From FIG. 1, it was confirmed that the alloys obtained in Examples 1 to 4 are all bcc single phase.
FIG. 2 shows a pressure-composition isotherm in the initial hydrogen release process at room temperature of the alloy obtained in Example 1. The initial effective hydrogen amount of the alloy of Example 1 was 2.51 mass%.

図3に、実施例1、4及び比較例1、3で得られた合金の室温(実施例1、比較例3)又は0℃(実施例4、比較例1)でのサイクル耐性を示す。
図3より、比較例1で得られた合金は、サイクル数の増加に伴う有効水素量の減少量が相対的に大きいのに対し、実施例1、4で得られた合金は、サイクル数の増加に伴う有効水素量の減少量が相対的に少ないことがわかる。
一方、比較例3で得られた合金は、サイクルに伴う有効水素量の減少量は相対的に少ないが、初期有効水素量が他に比べて少ないことがわかる。
FIG. 3 shows the cycle resistance of the alloys obtained in Examples 1 and 4 and Comparative Examples 1 and 3 at room temperature (Example 1 and Comparative Example 3) or 0 ° C. (Example 4 and Comparative Example 1).
From FIG. 3, the alloy obtained in Comparative Example 1 has a relatively large decrease in the effective hydrogen amount as the number of cycles increases, whereas the alloy obtained in Examples 1 and 4 has a cycle number of It can be seen that the decrease in the effective hydrogen amount accompanying the increase is relatively small.
On the other hand, it can be seen that the alloy obtained in Comparative Example 3 has a relatively small decrease in the effective hydrogen amount accompanying the cycle, but the initial effective hydrogen amount is smaller than the others.

(実施例7)
[1. 試料の作製]
実施例1と同様にして、y/x比及びzの異なる各種のTixCryz合金を作製した。
[2. 試験方法]
実施例1と同様な方法で、0〜50℃における初期有効水素量及び10サイクル目の有効水素量を測定し、維持率(サイクル耐性)を算出した。
(Example 7)
[1. Preparation of sample]
In the same manner as in Example 1 to prepare a different variety of Ti x Cr y V z alloys of y / x ratio and z.
[2. Test method]
In the same manner as in Example 1, the initial effective hydrogen amount at 0 to 50 ° C. and the effective hydrogen amount at the 10th cycle were measured, and the maintenance ratio (cycle resistance) was calculated.

[3. 結果]
図4〜図10に、各種TixCryz合金の初期有効水素量とサイクル耐性を示す。
図4〜図10より、以下のことがわかる。
(1)3/1.65≦y/x≦3/1の範囲において、初期有効水素量は極大値を取り、かつ、y/xが大きくなるほどサイクル耐性は向上する。
(2)3/2≦y/x≦3/1、65≦z≦75である場合、初期有効水素量は2.2mass%以上となり、サイクル耐性は94%以上となる。
(3)3/2≦y/x≦3/1.2、50≦z<65である場合、初期有効水素量は2.2mass%以上となり、サイクル耐性は91%以上となる。
(4)3/2≦y/x≦3/1、50≦z≦75である場合、初期有効水素量は2.2mass%以上となり、サイクル耐性は91%以上となる。
(5)3/2≦y/x≦3/1.2、40≦z<50である場合、初期有効水素量は1.8mass%以上となり、サイクル耐性は90%以上となる。
(6)3/2≦y/x≦3/1.5、40≦z<50である場合、初期有効水素量は2.3mass%以上となり、サイクル耐性は90%以上となる。
(7)3/1.5≦y/x≦3/1.2、65≦z≦75である場合、初期有効水素量は2.3mass%以上となり、サイクル耐性は95%以上となる。
(8)3/1.5≦y/x≦3/1.2、50≦z≦65である場合、初期有効水素量は2.2mass%以上となり、サイクル耐性は92%以上となる。
(9)3/2≦y/x≦3/1.2、65≦z≦75である場合、初期有効水素量は2.3mass%以上となり、サイクル耐性は94%以上となる。
(10)3/2≦y/x≦3/1.5、50≦z≦65である場合、初期有効水素量は2.3mass%以上となり、サイクル耐性は91%以上となる。
[3. result]
In FIGS. 4-10 are various Ti x Cr y V z initial effective hydrogen amount and cycle durability of the alloys.
4 to 10 show the following.
(1) In the range of 3 / 1.65 ≦ y / x ≦ 3/1, the initial effective hydrogen amount takes a maximum value, and the cycle resistance improves as y / x increases.
(2) When 3/2 ≦ y / x ≦ 3/1 and 65 ≦ z ≦ 75, the initial effective hydrogen amount is 2.2 mass% or more, and the cycle resistance is 94% or more.
(3) When 3/2 ≦ y / x ≦ 3 / 1.2 and 50 ≦ z <65, the initial effective hydrogen amount is 2.2 mass% or more, and the cycle resistance is 91% or more.
(4) When 3/2 ≦ y / x ≦ 3/1 and 50 ≦ z ≦ 75, the initial effective hydrogen amount is 2.2 mass% or more, and the cycle resistance is 91% or more.
(5) When 3/2 ≦ y / x ≦ 3 / 1.2 and 40 ≦ z <50, the initial effective hydrogen amount is 1.8 mass% or more, and the cycle resistance is 90% or more.
(6) When 3/2 ≦ y / x ≦ 3 / 1.5 and 40 ≦ z <50, the initial effective hydrogen amount is 2.3 mass% or more, and the cycle resistance is 90% or more.
(7) When 3 / 1.5 ≦ y / x ≦ 3 / 1.2 and 65 ≦ z ≦ 75, the initial effective hydrogen amount is 2.3 mass% or more, and the cycle resistance is 95% or more.
(8) When 3 / 1.5 ≦ y / x ≦ 3 / 1.2 and 50 ≦ z ≦ 65, the initial effective hydrogen amount is 2.2 mass% or more, and the cycle resistance is 92% or more.
(9) When 3/2 ≦ y / x ≦ 3 / 1.2 and 65 ≦ z ≦ 75, the initial effective hydrogen amount is 2.3 mass% or more, and the cycle resistance is 94% or more.
(10) When 3/2 ≦ y / x ≦ 3 / 1.5 and 50 ≦ z ≦ 65, the initial effective hydrogen amount is 2.3 mass% or more, and the cycle resistance is 91% or more.

(11)3/2<y/x≦3/1、50≦z<70mol%である場合、水素吸蔵合金は、適度なサイクル耐性と、高い初期有効水素量とを持つ。
特に、3/1.65≦y/x≦3/1.35、60.0mol%≦z≦68mol%である場合、水素吸蔵合金は、高いサイクル耐性と高い初期有効水素量とを高い次元で両立させることができる。
(12)3/2≦y/x≦3/1、70<z≦75mol%である場合、水素吸蔵合金は、適度な初期有効水素量と、高いサイクル耐性とを持つ。
特に、3/1.65≦y/x≦3/1.35、71≦z≦75mol%とすると、水素吸蔵合金は、高い初期有効水素量を持つ。
また、3/1.2≦y/x≦3/1、71≦z≦75mol%とすると、水素吸蔵合金は、極めて高いサイクル耐性を持つ。
(11) When 3/2 <y / x ≦ 3/1 and 50 ≦ z <70 mol%, the hydrogen storage alloy has moderate cycle resistance and a high initial effective hydrogen amount.
In particular, when 3 / 1.65 ≦ y / x ≦ 3 / 1.35 and 60.0 mol% ≦ z ≦ 68 mol%, the hydrogen storage alloy has high cycle resistance and high initial effective hydrogen amount in a high dimension. Both can be achieved.
(12) When 3/2 ≦ y / x ≦ 3/1 and 70 <z ≦ 75 mol%, the hydrogen storage alloy has an appropriate initial effective hydrogen amount and high cycle resistance.
In particular, when 3 / 1.65 ≦ y / x ≦ 3 / 1.35 and 71 ≦ z ≦ 75 mol%, the hydrogen storage alloy has a high initial effective hydrogen amount.
Further, when 3 / 1.2 ≦ y / x ≦ 3/1 and 71 ≦ z ≦ 75 mol%, the hydrogen storage alloy has extremely high cycle resistance.

(実施例8)
V、Ti、Crをアーク溶解した。その後、鋳塊をAr下、1300℃で熱処理してV40Ti18.4Cr41.6を作製した。得られた合金のX線回折測定を行ったところ、BCC相が主相であることが確認された。熱処理後の合金の0℃における圧力−組成等温線測定を10サイクル行った。初期有効水素量は2.29mass%であった。一方、10サイクル目の有効水素量は2.07mass%(初期の90%)であった。
(Example 8)
V, Ti, and Cr were arc-melted. Thereafter, the ingot was heat-treated at 1300 ° C. under Ar to produce V 40 Ti 18.4 Cr 41.6 . When the X-ray diffraction measurement of the obtained alloy was performed, it was confirmed that the BCC phase is the main phase. Ten cycles of pressure-composition isotherm measurement at 0 ° C. of the heat-treated alloy were performed. The initial effective hydrogen amount was 2.29 mass%. On the other hand, the effective hydrogen amount at the 10th cycle was 2.07 mass% (the initial 90%).

(比較例4)
V、Ti、Crをアーク溶解した。その後、鋳塊をAr下、1260℃で熱処理してV40Ti25Cr35を作製した。得られた合金のX線回折測定を行ったところ、BCC相単相であることが確認された。熱処理後の合金の50℃における圧力−組成等温線測定を10サイクル行った。初期有効水素量は2.26mass%であった。一方、10サイクル目の有効水素量は2.00mass%(初期の88%)であった。
(Comparative Example 4)
V, Ti, and Cr were arc-melted. Thereafter, the ingot was heat-treated at 1260 ° C. under Ar to produce V 40 Ti 25 Cr 35 . When the obtained alloy was subjected to X-ray diffraction measurement, it was confirmed to be a BCC phase single phase. Ten cycles of pressure-composition isotherm measurement at 50 ° C. of the heat-treated alloy were performed. The initial effective hydrogen amount was 2.26 mass%. On the other hand, the effective hydrogen amount at the 10th cycle was 2.00 mass% (88% of the initial).

(比較例5)
V、Ti、Crをアーク溶解した。その後、鋳塊をAr下、1350℃で熱処理してV20Ti35Cr45を作製した。得られた合金のX線回折測定を行ったところ、BCC相が主相であることが確認された。熱処理後の合金の50℃における圧力−組成等温線測定を10サイクル行った。初期有効水素量は2.17mass%であった。一方、10サイクル目の有効水素量は1.81mass%(初期の84%)であった。
(Comparative Example 5)
V, Ti, and Cr were arc-melted. Thereafter, the ingot was heat-treated at 1350 ° C. under Ar to produce V 20 Ti 35 Cr 45 . When the X-ray diffraction measurement of the obtained alloy was performed, it was confirmed that the BCC phase is the main phase. Ten cycles of pressure-composition isotherm measurement at 50 ° C. of the heat-treated alloy were performed. The initial effective hydrogen amount was 2.17 mass%. On the other hand, the effective hydrogen amount at the 10th cycle was 1.81 mass% (the initial 84%).

(比較例6)
V、Ti、Crをアーク溶解した。その後、鋳塊をAr下、1260℃で熱処理してV25Ti42Cr33を作製した。得られた合金のX線回折測定を行ったところ、BCC相が主相であることが確認された。熱処理後の合金の50℃における圧力−組成等温線測定を10サイクル行った。初期有効水素量は0.34mass%であった。一方、10サイクル目の有効水素量は0.28mass%(初期の83%)であった。
(Comparative Example 6)
V, Ti, and Cr were arc-melted. Thereafter, the ingot was heat-treated at 1260 ° C. under Ar to produce V 25 Ti 42 Cr 33 . When the X-ray diffraction measurement of the obtained alloy was performed, it was confirmed that the BCC phase is the main phase. Ten cycles of pressure-composition isotherm measurement at 50 ° C. of the heat-treated alloy were performed. The initial effective hydrogen amount was 0.34 mass%. On the other hand, the effective hydrogen amount at the 10th cycle was 0.28 mass% (the initial 83%).

(比較例7)
V、Ti、Crをアーク溶解した。その後、鋳塊をAr下、1260℃で熱処理してV21Ti50Cr29を作製した。得られた合金のX線回折測定を行ったところ、BCC相が主相であることが確認された。熱処理後の合金の50℃における圧力−組成等温線測定を10サイクル行った。初期有効水素量は0.26mass%であった。一方、10サイクル目の有効水素量は0.23mass%(初期の88%)であった。
(Comparative Example 7)
V, Ti, and Cr were arc-melted. Thereafter, the ingot was heat-treated at 1260 ° C. under Ar to produce V 21 Ti 50 Cr 29 . When the X-ray diffraction measurement of the obtained alloy was performed, it was confirmed that the BCC phase is the main phase. Ten cycles of pressure-composition isotherm measurement at 50 ° C. of the heat-treated alloy were performed. The initial effective hydrogen amount was 0.26 mass%. On the other hand, the effective hydrogen amount at the 10th cycle was 0.23 mass% (88% of the initial).

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

本発明に係る水素吸蔵合金及びその製造方法は、燃料電池システム用の水素貯蔵手段、ケミカル式ヒートポンプ、アクチュエータ、金属−水素蓄電池用の水素貯蔵体等に用いられる水素貯蔵媒体及びその製造方法として使用することができる。   The hydrogen storage alloy and the manufacturing method thereof according to the present invention are used as a hydrogen storage medium used in a hydrogen storage means for a fuel cell system, a chemical heat pump, an actuator, a hydrogen storage body for a metal-hydrogen storage battery, and the manufacturing method thereof. can do.

Claims (9)

次の(1)式で表される組成を有するbcc構造相を主相とする水素吸蔵合金。
TixCryzw ・・・(1)
但し、3/2≦y/x≦3/1、40≦z≦75mol%、0≦w≦5mol%、x+y+z+w=100mol%。
X=Al、Si及びFeから選ばれるいずれか1種以上。
A hydrogen storage alloy having a bcc structural phase having a composition represented by the following formula (1) as a main phase.
Ti x Cr y V z X w ··· (1)
However, 3/2 ≦ y / x ≦ 3/1, 40 ≦ z ≦ 75 mol%, 0 ≦ w ≦ 5 mol%, x + y + z + w = 100 mol%.
X = any one or more selected from Al, Si and Fe.
3/2<y/x≦3/1、50≦z<70mol%である請求項1に記載の水素吸蔵合金。   2. The hydrogen storage alloy according to claim 1, wherein 3/2 <y / x ≦ 3/1 and 50 ≦ z <70 mol%. 55≦z<70mol%である請求項2に記載の水素吸蔵合金。   The hydrogen storage alloy according to claim 2, wherein 55 ≦ z <70 mol%. 3/2<y/x≦3/1.2である請求項2に記載の水素吸蔵合金。   3. The hydrogen storage alloy according to claim 2, wherein 3/2 <y / x ≦ 3 / 1.2. 3/2<y/x≦3/1.2、55≦z<70mol%である請求項2に記載の水素吸蔵合金。   3. The hydrogen storage alloy according to claim 2, wherein 3/2 <y / x ≦ 3 / 1.2 and 55 ≦ z <70 mol%. 3/1.65≦y/x≦3/1.35、60≦z≦68mol%である請求項2に記載の水素吸蔵合金。   The hydrogen storage alloy according to claim 2, wherein 3 / 1.65 ≦ y / x ≦ 3 / 1.35 and 60 ≦ z ≦ 68 mol%. 3/2≦y/x≦3/1、70<z≦75mol%である請求項1に記載の水素吸蔵合金。   The hydrogen storage alloy according to claim 1, wherein 3/2 ≦ y / x ≦ 3/1 and 70 <z ≦ 75 mol%. (1)式で表される組成となるように配合された原料を溶解・鋳造する溶解・鋳造工程と、
前記溶解・鋳造工程で得られた鋳塊を熱処理する熱処理工程と、
熱処理された前記鋳塊に水素を吸蔵・放出させる処理を少なくとも1回行う活性化工程と
を備えた水素吸蔵合金の製造方法。
TixCryzw ・・・(1)
但し、3/2≦y/x≦3/1、40≦z≦75mol%、0≦w≦5mol%、x+y+z+w=100mol%。
X=Al、Si及びFeから選ばれるいずれか1種以上。
(1) a melting / casting step of melting / casting a raw material blended to have a composition represented by the formula;
A heat treatment step for heat-treating the ingot obtained in the melting and casting step;
A method for producing a hydrogen storage alloy, comprising an activation step of performing at least one process of storing and releasing hydrogen in the heat-treated ingot.
Ti x Cr y V z X w ··· (1)
However, 3/2 ≦ y / x ≦ 3/1, 40 ≦ z ≦ 75 mol%, 0 ≦ w ≦ 5 mol%, x + y + z + w = 100 mol%.
X = any one or more selected from Al, Si and Fe.
請求項1から7までのいずれかに記載の水素吸蔵合金と、
前記水素吸蔵合金を収容するための容器と、
前記容器内に収容された前記水素吸蔵合金の温度を制御するための熱交換器と
を備えた水素貯蔵装置。
The hydrogen storage alloy according to any one of claims 1 to 7,
A container for containing the hydrogen storage alloy;
A hydrogen storage device comprising: a heat exchanger for controlling the temperature of the hydrogen storage alloy accommodated in the container.
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