JP2021138989A - 水素吸蔵合金、水素吸蔵方法、水素放出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】水素圧が０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１．１ＭＰａ（ａｂｓ）以下の圧力範囲内にて、有効水素貯蔵量を高めることができる水素吸蔵合金並びにそれを用いた水素吸蔵方法および水素放出方法を提供する。【解決手段】温度４０℃以下、水素圧１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素吸蔵し、かつ温度５０℃以上、水素圧０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素放出する水素吸蔵合金であって、一般式ＴｉＦｅｘＭｎｙＮｂｚ（０．７６１≦ｘ≦０．８３７、０．１０１≦ｙ≦０．２０５、０．００８≦ｚ≦０．０９１）で表される組成を有する水素吸蔵合金。【選択図】なし
Description
本発明は、水素吸蔵合金並びにそれを用いた水素吸蔵方法および水素放出方法に関する。
二酸化炭素削減のため水素を活用する場合、液体水素・高圧ガス等、様々な形態で水素を貯蔵することが考えられる。水素を貯蔵する手段の１つとしては、水素を取り込み、液体水素以上の体積密度で水素を貯めることが可能な水素吸蔵合金が挙げられる。水素吸蔵合金を利用して水素を安全に貯蔵する方法は、以前より考えられ、様々な場所で採用されてきた。水素吸蔵合金としては、例えば、チタン−鉄−バナジウム水素吸蔵三元合金が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、特許文献２および特許文献３には、示性式Ｔｉ１＋ｋＦｅ１−ｌＭｎｌＡｍ（但し、０≦ｋ≦０．３、０＜ｌ≦０．３、０＜ｍ≦０．１、Ａはニオブ、希土類元素の少なくとも１種からなる元素である。）で表されるチタン系水素吸蔵合金が記載されている。
また、特許文献２および特許文献３には、示性式Ｔｉ１＋ｋＦｅ１−ｌＭｎｌＡｍ（但し、０≦ｋ≦０．３、０＜ｌ≦０．３、０＜ｍ≦０．１、Ａはニオブ、希土類元素の少なくとも１種からなる元素である。）で表されるチタン系水素吸蔵合金が記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載の水素吸蔵三元合金は、水素圧が０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１．１ＭＰａ（ａｂｓ）以下の圧力範囲内にて、水素を出し入れできる有効水素貯蔵量が十分ではなく、より有効水素貯蔵量が高い水素吸蔵合金が望まれていた。なお、ａｂｓとは絶対圧のことである。また、特許文献２には、実施例として、Ｔｉ１．１Ｆｅ０．８Ｍｎ０．２Ｎｂ０．０５とＴｉＦｅ０．８Ｍｎ０．２Ｎｂ０．０５とが記載されているものの、ＦｅとＭｎとＮｂを合わせてほぼ１モルとなる実施例が開示されていなかった。また、特許文献３には、実施例として、Ｎｂを含む水素吸蔵合金が開示されていなかった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、水素圧が０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１．１ＭＰａ（ａｂｓ）以下の圧力範囲内にて、有効水素貯蔵量を高めることができる水素吸蔵合金並びにそれを用いた水素吸蔵方法および水素放出方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る水素吸蔵合金は、温度４０℃以下、水素圧１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素吸蔵し、かつ温度５０℃以上、水素圧０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素放出する水素吸蔵合金であって、一般式ＴｉＦｅｘＭｎｙＮｂｚ（０．７６１≦ｘ≦０．８３７、０．１０１≦ｙ≦０．２０５、０．００８≦ｚ≦０．０９１）で表される組成を有することを特徴とする。
本発明に係る水素吸蔵合金によれば、ごく微量のＮｂを含有することによって、夏季以外および夏季において、水素圧が０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１．１ＭＰａ（ａｂｓ）以下の圧力範囲内にて、Ｎｂを含有しない水素吸蔵合金よりも、有効水素貯蔵量を向上することができる。
本発明によれば、水素圧が０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１．１ＭＰａ（ａｂｓ）以下の圧力範囲内にて、有効水素貯蔵量を高めることができる。
以下、本発明の実施形態による水素吸蔵合金並びにそれを用いた水素吸蔵方法および水素放出方法について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
［水素吸蔵合金］
本実施形態に係る水素吸蔵合金は、温度４０℃以下、水素圧１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素吸蔵し、かつ温度５０℃以上、水素圧０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素放出する水素吸蔵合金であって、一般式ＴｉＦｅｘＭｎｙＮｂｚ（０．７６１≦ｘ≦０．８３７、０．１０１≦ｙ≦０．２０５、０．００８≦ｚ≦０．０９１）で表される組成を有する。すなわち、本実施形態に係る水素吸蔵合金は、チタン（Ｔｉ）−鉄（Ｆｅ）−マンガン（Ｍｎ）−ニオブ（Ｎｂ）からなる四元合金である。
本実施形態に係る水素吸蔵合金は、チタン原子の数を１とした場合に、チタン原子の数に対する鉄原子の数の比率が０．７６１以上０．８３７以下、マンガン原子の数の比率が０．１０１以上０．２０５以下、ニオブ原子の数の比率が０．００８以上０．０９１以下である。また、本実施形態に係る水素吸蔵合金は、チタン原子の数を１とした場合に、チタン原子の数に対する鉄原子の数の比率が０．７７９以上０．８２８以下、マンガン原子の数の比率が０．１５９以上０．１７０以下、ニオブ原子の数の比率が０．００８以上０．０３７以下であることが好ましい。
本実施形態に係る水素吸蔵合金は、温度４０℃以下、水素圧１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素吸蔵し、かつ温度５０℃以上、水素圧０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素放出する水素吸蔵合金であって、一般式ＴｉＦｅｘＭｎｙＮｂｚ（０．７６１≦ｘ≦０．８３７、０．１０１≦ｙ≦０．２０５、０．００８≦ｚ≦０．０９１）で表される組成を有する。すなわち、本実施形態に係る水素吸蔵合金は、チタン（Ｔｉ）−鉄（Ｆｅ）−マンガン（Ｍｎ）−ニオブ（Ｎｂ）からなる四元合金である。
本実施形態に係る水素吸蔵合金は、チタン原子の数を１とした場合に、チタン原子の数に対する鉄原子の数の比率が０．７６１以上０．８３７以下、マンガン原子の数の比率が０．１０１以上０．２０５以下、ニオブ原子の数の比率が０．００８以上０．０９１以下である。また、本実施形態に係る水素吸蔵合金は、チタン原子の数を１とした場合に、チタン原子の数に対する鉄原子の数の比率が０．７７９以上０．８２８以下、マンガン原子の数の比率が０．１５９以上０．１７０以下、ニオブ原子の数の比率が０．００８以上０．０３７以下であることが好ましい。
ＴｉＦｅｘＭｎｙＮｂｚ四元合金において、マンガン原子の数の比率が０に近付くか、あるいは鉄原子の数の比率が１に近付くと、ＴｉＦｅｘＭｎｙＮｂｚ四元合金の初期活性化が難しくなる。また、鉄原子の数の比率が小さくなり、マンガン原子の数の比率が大きくなると、ＴｉＦｅｘＭｎｙＮｂｚ四元合金による水素の吸蔵圧および放出圧が低下する。
チタン原子の数に対するニオブ原子の数の比率が０．００８未満では、有効水素貯蔵量の増加効果がほとんど見られない。チタン原子の数に対するニオブ原子の数の比率が０．０９１を超えると、ニオブ原子の溶け残りが多くなり、ＴｉＦｅｘＭｎｙＮｂｚ四元合金中にニオブ組成リッチ相が形成され、水素吸蔵合金としての金属間化合物の組成から外れてしまう。そのため、ニオブ原子を多くする効果が見込めない。
本実施形態に係る水素吸蔵合金は、温度４０℃以下、水素圧１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素吸蔵することができる。温度４０℃以下であれば、外気との熱交換により、通年で、合金の温度を制御することができる。水素圧１．１ＭＰａ（ａｂｓ）以下であれば、高圧ガス保安法の適応除外である。
本実施形態に係る水素吸蔵合金は、温度５０℃以上、水素圧０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素放出することができる。温度５０℃以上であれば、燃料電池からの熱出力で水素吸蔵合金を加熱し、適用した燃料電池で、合金の温度を制御することができる。水素圧０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下であれば、高圧ガス保安法の適応除外である。
本実施形態に係る水素吸蔵合金によれば、水素圧が０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１ＭＰａ（ａｂｓ）以下の圧力範囲内にて、有効水素貯蔵量を高めることができる。
本実施形態に係る水素吸蔵合金の製造方法は、特に限定されず、例えば、下記の方法が用いられる。
所定の水素吸蔵合金の組成になるように、チタン、鉄、マンガン、ニオブ等の合金原料をアーク溶解炉や高周波溶解炉により加熱溶解して合金溶湯を作製する。その合金溶湯を鋳型に流し込んで自然冷却するか、または水冷銅製鋳型中で冷却することにより、合金インゴットを製造する。その後、所望により合金インゴットの熱処理を行う。熱処理後の合金インゴットを粗粉砕し、さらに微粉砕する。
所定の水素吸蔵合金の組成になるように、チタン、鉄、マンガン、ニオブ等の合金原料をアーク溶解炉や高周波溶解炉により加熱溶解して合金溶湯を作製する。その合金溶湯を鋳型に流し込んで自然冷却するか、または水冷銅製鋳型中で冷却することにより、合金インゴットを製造する。その後、所望により合金インゴットの熱処理を行う。熱処理後の合金インゴットを粗粉砕し、さらに微粉砕する。
［水素吸蔵方法］
本実施形態に係る水素吸蔵方法は、上述の実施形態の水素吸蔵合金を用いて、温度４０℃以下、水素圧１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素吸蔵する。
本実施形態に係る水素吸蔵方法は、上述の実施形態の水素吸蔵合金を用いて、温度４０℃以下、水素圧１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素吸蔵する。
本実施形態に係る水素吸蔵方法によれば、夏季の外気との熱交換により制御することができる温度４０℃以下、水素圧１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素吸蔵することができる。
［水素放出方法］
本実施形態に係る水素放出方法は、上述の実施形態の水素吸蔵合金を用いて、温度５０℃以上、水素圧０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素放出する。
本実施形態に係る水素放出方法は、上述の実施形態の水素吸蔵合金を用いて、温度５０℃以上、水素圧０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素放出する。
本実施形態に係る水素放出方法によれば、燃料電池により制御することができる温度５０℃以上、水素圧０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１．１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素放出することができる。
以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
原子比でＴｉＦｅ０．７９４Ｍｎ０．１９０Ｎｂ０．００９の組成になるように、原料となる金属を高周波溶解法により溶解し、合金インゴットを得た。具体的には、原料となる金属を、アルゴン雰囲気下、温度１０００℃以上１２００℃にて２４時間以上９６時間以下熱処理して、合金インゴットを得た。
次いで、合金インゴットを粗粉砕し、さらに微粉砕して、平均粒子径０．５ｍｍのＴｉＦｅ０．７９４Ｍｎ０．１９０Ｎｂ０．００９の組成を有する水素吸蔵合金を得た。
得られた水素吸蔵合金について、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ、商品名：ＯＣＴＡＮＥ−ＰＲＯ、アメテック社（エダックス事業部）製）を用いて元素分析を行った。なお、測定位置（視野）を変えて、水素吸蔵合金の元素分析を５回行い、その平均値を算出した。結果を表１に示す。表１に示すように、ＴｉＦｅ０．７９４Ｍｎ０．１９０Ｎｂ０．１９０が得られていることが確認された。
また、得られた水素吸蔵合金のＰＣＴ特性（水素吸蔵および放出特性）を、ＪＩＳ Ｈ７２０１：２００７「水素吸蔵合金の圧力−組成等温線（ＰＣＴ線）の測定方法」に準拠して評価した。水素吸蔵時の水素の温度を、夏季以外の外気との熱交換により制御することができる温度２０℃、および夏季の外気との熱交換により制御することができる温度４０℃とした。水素放出時の水素の温度を、燃料電池により制御することができる温度５０℃とした。また、水素吸蔵時および水素放出時の水素圧を０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１．１ＭＰａ（ａｂｓ）以下とした。結果を図１に示す。
原子比でＴｉＦｅ０．７９４Ｍｎ０．１９０Ｎｂ０．００９の組成になるように、原料となる金属を高周波溶解法により溶解し、合金インゴットを得た。具体的には、原料となる金属を、アルゴン雰囲気下、温度１０００℃以上１２００℃にて２４時間以上９６時間以下熱処理して、合金インゴットを得た。
次いで、合金インゴットを粗粉砕し、さらに微粉砕して、平均粒子径０．５ｍｍのＴｉＦｅ０．７９４Ｍｎ０．１９０Ｎｂ０．００９の組成を有する水素吸蔵合金を得た。
得られた水素吸蔵合金について、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ、商品名：ＯＣＴＡＮＥ−ＰＲＯ、アメテック社（エダックス事業部）製）を用いて元素分析を行った。なお、測定位置（視野）を変えて、水素吸蔵合金の元素分析を５回行い、その平均値を算出した。結果を表１に示す。表１に示すように、ＴｉＦｅ０．７９４Ｍｎ０．１９０Ｎｂ０．１９０が得られていることが確認された。
また、得られた水素吸蔵合金のＰＣＴ特性（水素吸蔵および放出特性）を、ＪＩＳ Ｈ７２０１：２００７「水素吸蔵合金の圧力−組成等温線（ＰＣＴ線）の測定方法」に準拠して評価した。水素吸蔵時の水素の温度を、夏季以外の外気との熱交換により制御することができる温度２０℃、および夏季の外気との熱交換により制御することができる温度４０℃とした。水素放出時の水素の温度を、燃料電池により制御することができる温度５０℃とした。また、水素吸蔵時および水素放出時の水素圧を０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１．１ＭＰａ（ａｂｓ）以下とした。結果を図１に示す。
［実施例２］
原子比でＴｉＦｅ０．７９３Ｍｎ０．１８３Ｎｂ０．０１８の組成になるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、平均粒子径０．５ｍｍのＴｉＦｅ０．７９３Ｍｎ０．１８３Ｎｂ０．０１８の組成を有する水素吸蔵合金を得た。
得られた水素吸蔵合金について、実施例１と同様にして、元素分析を行った。結果を表２に示す。表２に示すように、ＴｉＦｅ０．７９３Ｍｎ０．１８３Ｎｂ０．０１８が得られていることが確認された。
また、得られた水素吸蔵合金のＰＣＴ特性（水素吸蔵および放出特性）を評価した。
結果を図２に示す。
原子比でＴｉＦｅ０．７９３Ｍｎ０．１８３Ｎｂ０．０１８の組成になるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、平均粒子径０．５ｍｍのＴｉＦｅ０．７９３Ｍｎ０．１８３Ｎｂ０．０１８の組成を有する水素吸蔵合金を得た。
得られた水素吸蔵合金について、実施例１と同様にして、元素分析を行った。結果を表２に示す。表２に示すように、ＴｉＦｅ０．７９３Ｍｎ０．１８３Ｎｂ０．０１８が得られていることが確認された。
また、得られた水素吸蔵合金のＰＣＴ特性（水素吸蔵および放出特性）を評価した。
結果を図２に示す。
［実施例３］
原子比でＴｉＦｅ０．８０９Ｍｎ０．１６６Ｎｂ０．０３６の組成になるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、平均粒子径０．５ｍｍのＴｉＦｅ０．８０９Ｍｎ０．１６６Ｎｂ０．０３６の組成を有する水素吸蔵合金を得た。
得られた水素吸蔵合金について、実施例１と同様にして、元素分析を行った。結果を表３に示す。表３に示すように、ＴｉＦｅ０．８０９Ｍｎ０．１６６Ｎｂ０．０３６が得られていることが確認された。
また、得られた水素吸蔵合金のＰＣＴ特性（水素吸蔵および放出特性）を評価した。
結果を図３に示す。
原子比でＴｉＦｅ０．８０９Ｍｎ０．１６６Ｎｂ０．０３６の組成になるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、平均粒子径０．５ｍｍのＴｉＦｅ０．８０９Ｍｎ０．１６６Ｎｂ０．０３６の組成を有する水素吸蔵合金を得た。
得られた水素吸蔵合金について、実施例１と同様にして、元素分析を行った。結果を表３に示す。表３に示すように、ＴｉＦｅ０．８０９Ｍｎ０．１６６Ｎｂ０．０３６が得られていることが確認された。
また、得られた水素吸蔵合金のＰＣＴ特性（水素吸蔵および放出特性）を評価した。
結果を図３に示す。
［実施例４］
原子比でＴｉＦｅ０．８２１Ｍｎ０．１４１Ｎｂ０．０５４の組成になるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、平均粒子径０．５ｍｍのＴｉＦｅ０．８２１Ｍｎ０．１４１Ｎｂ０．０５４の組成を有する水素吸蔵合金を得た。
得られた水素吸蔵合金について、実施例１と同様にして、元素分析を行った。結果を表４に示す。表４に示すように、ＴｉＦｅ０．８２１Ｍｎ０．１４１Ｎｂ０．０５４が得られていることが確認された。
また、得られた水素吸蔵合金のＰＣＴ特性（水素吸蔵および放出特性）を評価した。
結果を図４に示す。
原子比でＴｉＦｅ０．８２１Ｍｎ０．１４１Ｎｂ０．０５４の組成になるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、平均粒子径０．５ｍｍのＴｉＦｅ０．８２１Ｍｎ０．１４１Ｎｂ０．０５４の組成を有する水素吸蔵合金を得た。
得られた水素吸蔵合金について、実施例１と同様にして、元素分析を行った。結果を表４に示す。表４に示すように、ＴｉＦｅ０．８２１Ｍｎ０．１４１Ｎｂ０．０５４が得られていることが確認された。
また、得られた水素吸蔵合金のＰＣＴ特性（水素吸蔵および放出特性）を評価した。
結果を図４に示す。
［実施例５］
原子比でＴｉＦｅ０．７８５Ｍｎ０．１２４Ｎｂ０．０７０の組成になるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、平均粒子径０．５ｍｍのＴｉＦｅ０．７８５Ｍｎ０．１２４Ｎｂ０．０７０の組成を有する水素吸蔵合金を得た。
得られた水素吸蔵合金について、実施例１と同様にして、元素分析を行った。結果を表５に示す。表５に示すように、ＴｉＦｅ０．７８５Ｍｎ０．１２４Ｎｂ０．０７０が得られていることが確認された。
また、得られた水素吸蔵合金のＰＣＴ特性（水素吸蔵および放出特性）を評価した。
結果を図５に示す。
原子比でＴｉＦｅ０．７８５Ｍｎ０．１２４Ｎｂ０．０７０の組成になるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、平均粒子径０．５ｍｍのＴｉＦｅ０．７８５Ｍｎ０．１２４Ｎｂ０．０７０の組成を有する水素吸蔵合金を得た。
得られた水素吸蔵合金について、実施例１と同様にして、元素分析を行った。結果を表５に示す。表５に示すように、ＴｉＦｅ０．７８５Ｍｎ０．１２４Ｎｂ０．０７０が得られていることが確認された。
また、得られた水素吸蔵合金のＰＣＴ特性（水素吸蔵および放出特性）を評価した。
結果を図５に示す。
［実施例６］
原子比でＴｉＦｅ０．８２２Ｍｎ０．１０４Ｎｂ０．０８１の組成になるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、平均粒子径０．５ｍｍのＴｉＦｅ０．８２２Ｍｎ０．１０４Ｎｂ０．０８１の組成を有する水素吸蔵合金を得た。
得られた水素吸蔵合金について、実施例１と同様にして、元素分析を行った。結果を表６に示す。表６に示すように、ＴｉＦｅ０．８２２Ｍｎ０．１０４Ｎｂ０．０８１が得られていることが確認された。
また、得られた水素吸蔵合金のＰＣＴ特性（水素吸蔵および放出特性）を評価した。
結果を図６に示す。
原子比でＴｉＦｅ０．８２２Ｍｎ０．１０４Ｎｂ０．０８１の組成になるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、平均粒子径０．５ｍｍのＴｉＦｅ０．８２２Ｍｎ０．１０４Ｎｂ０．０８１の組成を有する水素吸蔵合金を得た。
得られた水素吸蔵合金について、実施例１と同様にして、元素分析を行った。結果を表６に示す。表６に示すように、ＴｉＦｅ０．８２２Ｍｎ０．１０４Ｎｂ０．０８１が得られていることが確認された。
また、得られた水素吸蔵合金のＰＣＴ特性（水素吸蔵および放出特性）を評価した。
結果を図６に示す。
［比較例］
原子比でＴｉＦｅ０．８０４Ｍｎ０．２１８の組成になるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、平均粒子径０．５ｍｍのＴｉＦｅ０．８０４Ｍｎ０．２１８の組成を有する水素吸蔵合金を得た。
得られた水素吸蔵合金について、実施例１と同様にして、元素分析を行った。結果を表７に示す。表７に示すように、ＴｉＦｅ０．８０４Ｍｎ０．２１８が得られていることが確認された。
また、得られた水素吸蔵合金のＰＣＴ特性（水素吸蔵および放出特性）を評価した。
結果を図７に示す。
原子比でＴｉＦｅ０．８０４Ｍｎ０．２１８の組成になるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、平均粒子径０．５ｍｍのＴｉＦｅ０．８０４Ｍｎ０．２１８の組成を有する水素吸蔵合金を得た。
得られた水素吸蔵合金について、実施例１と同様にして、元素分析を行った。結果を表７に示す。表７に示すように、ＴｉＦｅ０．８０４Ｍｎ０．２１８が得られていることが確認された。
また、得られた水素吸蔵合金のＰＣＴ特性（水素吸蔵および放出特性）を評価した。
結果を図７に示す。
図１〜図７に示す結果をまとめて、表８および表９に示す。表８に、実施例１〜実施例６および比較例の水素吸蔵合金について、夏季以外を想定した水素吸蔵率（貯蔵率）を示す。表９に、実施例１〜実施例６および比較例の水素吸蔵合金について、夏季を想定した水素吸蔵率（貯蔵率）を示す。なお、水素吸蔵率（貯蔵率）を、金属原子（実施例１〜実施例６ではＮｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、比較例ではＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ）１個当たりの水素の数である「Ｈ／Ｍ」で示す。
高圧ガス保安法上では高圧ガス適応除外となる１．１ＭＰａ（ａｂｓ）を超えないような運用が望まれる。しかし、実際の運用では安全率を見て１ＭＰａ（ａｂｓ）を超えない運用が必要である。そこで、実施例１〜実施例６および比較例の水素吸蔵合金では、水素圧が１ＭＰａ（ａｂｓ）までとして、水素吸蔵率（貯蔵率）を評価した。
温度２０℃および温度４０℃の吸蔵曲線上の１ＭＰａ（ａｂｓ）の点までは水素吸蔵可能であるが、加温（図中の線分α（横軸と垂直に交わる線分）上の吸蔵曲線から温度５０℃放出曲線まで加温）して１ＭＰａ（ａｂｓ）を超える場合は使用できない。よって、縦軸１ＭＰａ（ａｂｓ）のラインを横に伸ばしていき、温度２０℃水素吸蔵／温度５０℃水素放出の夏季以外を想定した場合、最初に温度２０℃の吸蔵曲線または温度５０℃の放出曲線と交わる点（図中の線分αと交わる点）が使用可能の上限となる。また、縦軸１ＭＰａ（ａｂｓ）のラインを横に伸ばしていき、温度４０℃水素吸蔵／温度５０℃水素放出の夏季を想定した場合、最初に温度４０℃の吸蔵曲線または温度５０℃の放出曲線と交わる点（図中の線分β（横軸と垂直に交わる線分）と交わる点）が使用可能の上限となる。
一方、０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以下から水素吸蔵を開始しても問題ないため、水素放出は温度５０℃の放出曲線上の０．１ＭＰａ（ａｂｓ）の点（図中の線分γ（横軸と垂直に交わる線分）と交わる点）が使用可能の下限となる。なお、水素放出時の水素圧の下限である０．１ＭＰａ（ａｂｓ）は大気圧である。
よって、夏季以外を想定した場合および夏季を想定した場合において、それぞれの使用可能の上限と使用可能の下限の間が、水素吸蔵合金の使用可能部分となる。
高圧ガス保安法上では高圧ガス適応除外となる１．１ＭＰａ（ａｂｓ）を超えないような運用が望まれる。しかし、実際の運用では安全率を見て１ＭＰａ（ａｂｓ）を超えない運用が必要である。そこで、実施例１〜実施例６および比較例の水素吸蔵合金では、水素圧が１ＭＰａ（ａｂｓ）までとして、水素吸蔵率（貯蔵率）を評価した。
温度２０℃および温度４０℃の吸蔵曲線上の１ＭＰａ（ａｂｓ）の点までは水素吸蔵可能であるが、加温（図中の線分α（横軸と垂直に交わる線分）上の吸蔵曲線から温度５０℃放出曲線まで加温）して１ＭＰａ（ａｂｓ）を超える場合は使用できない。よって、縦軸１ＭＰａ（ａｂｓ）のラインを横に伸ばしていき、温度２０℃水素吸蔵／温度５０℃水素放出の夏季以外を想定した場合、最初に温度２０℃の吸蔵曲線または温度５０℃の放出曲線と交わる点（図中の線分αと交わる点）が使用可能の上限となる。また、縦軸１ＭＰａ（ａｂｓ）のラインを横に伸ばしていき、温度４０℃水素吸蔵／温度５０℃水素放出の夏季を想定した場合、最初に温度４０℃の吸蔵曲線または温度５０℃の放出曲線と交わる点（図中の線分β（横軸と垂直に交わる線分）と交わる点）が使用可能の上限となる。
一方、０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以下から水素吸蔵を開始しても問題ないため、水素放出は温度５０℃の放出曲線上の０．１ＭＰａ（ａｂｓ）の点（図中の線分γ（横軸と垂直に交わる線分）と交わる点）が使用可能の下限となる。なお、水素放出時の水素圧の下限である０．１ＭＰａ（ａｂｓ）は大気圧である。
よって、夏季以外を想定した場合および夏季を想定した場合において、それぞれの使用可能の上限と使用可能の下限の間が、水素吸蔵合金の使用可能部分となる。
表８の結果から、夏季以外を想定した場合、実施例１〜実施例６の水素吸蔵合金は、比較例の水素吸蔵合金よりも水素貯蔵率が１３．７％以上向上することが確認された。
表９の結果から、夏季を想定した場合、実施例１〜実施例６の水素吸蔵合金は、比較例の水素吸蔵合金よりも水素貯蔵率が１２．１％以上向上することが確認された。
以上の結果から、実施例１〜実施例６の水素吸蔵合金は、ごく微量のＮｂを含有することによって、夏季以外および夏季において、Ｎｂを含有しない比較例の水素吸蔵合金よりも、水素貯蔵率が向上することが分かった。
表９の結果から、夏季を想定した場合、実施例１〜実施例６の水素吸蔵合金は、比較例の水素吸蔵合金よりも水素貯蔵率が１２．１％以上向上することが確認された。
以上の結果から、実施例１〜実施例６の水素吸蔵合金は、ごく微量のＮｂを含有することによって、夏季以外および夏季において、Ｎｂを含有しない比較例の水素吸蔵合金よりも、水素貯蔵率が向上することが分かった。
Claims (4)
- 温度４０℃以下、水素圧１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素吸蔵し、かつ温度５０℃以上、水素圧０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素放出する水素吸蔵合金であって、
一般式ＴｉＦｅｘＭｎｙＮｂｚ（０．７６１≦ｘ≦０．８３７、０．１０１≦ｙ≦０．２０５、０．００８≦ｚ≦０．０９１）で表される組成を有することを特徴とする水素吸蔵合金。 - 前記一般式ＴｉＦｅｘＭｎｙＮｂｚにおいて、０．７７９≦ｘ≦０．８２８、０．１５９≦ｙ≦０．２０５、０．００８≦ｚ≦０．０３７であることを特徴とする請求項１に記載の水素吸蔵合金。
- 請求項１または２に記載の水素吸蔵合金を用いて、温度４０℃以下、水素圧１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素吸蔵することを特徴とする水素吸蔵方法。
- 請求項１または２に記載の水素吸蔵合金を用いて、温度５０℃以上、水素圧０．１ＭＰａ（ａｂｓ）以上１.１ＭＰａ（ａｂｓ）以下で水素放出することを特徴とする水素放出方法。
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| JP2020036192A JP2021138989A (ja) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | 水素吸蔵合金、水素吸蔵方法、水素放出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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2020
- 2020-03-03 JP JP2020036192A patent/JP2021138989A/ja active Pending
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