JP2023181794A

JP2023181794A - 樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法及び水素貯蔵モジュールの製造方法

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Publication number: JP2023181794A
Application number: JP2022095137A
Authority: JP
Inventors: 彰利藤澤; Akitoshi Fujisawa; 健人緒方; Taketo Ogata; 和希村上; Kazuki Murakami
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2022-06-13
Filing date: 2022-06-13
Publication date: 2023-12-25

Abstract

【課題】成形性に優れ、かつ水素吸蔵量を向上可能な樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法及び水素貯蔵モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法は、水素吸蔵合金粉末、バインダー樹脂及び溶媒を混合する混合工程と、上記混合工程後に、上記溶媒を蒸発させる蒸発工程と、上記蒸発工程によって得られた塊体を粉末状に粉砕する粉砕工程と、上記粉砕工程によって得られた粉末を加圧成形する成形工程と、上記成形工程によって得られた圧粉成形体を加熱することによって、上記水素吸蔵合金粉末に上記バインダー樹脂を融着させる融着工程とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法及び水素貯蔵モジュールの製造方法に関する。

水素吸蔵合金は、水素コンプレッサー、水素貯蔵媒体等に用いられる。水素吸蔵合金は、水素を吸蔵及び放出する際に膨張又は収縮する。このような膨張、収縮の影響を緩和するため、水素吸蔵合金がバインダー樹脂中に保持された樹脂複合化水素吸蔵合金を用いることがある。この樹脂複合化水素吸蔵合金は、成形後に、水素吸蔵合金の表面の不純物等を除去する活性化処理が行われる。例えば特許文献１には、水素吸蔵放出速度を維持しつつ、吸蔵、放出時の水素吸蔵合金の微粉化を抑制可能な水素吸蔵材が記載されている。

特開２０１９－１４９５７号公報

水素吸蔵合金は、水素の吸蔵及び放出を容易に行うことができるように、水素の流路に面するように配置されることがある。また、水素吸蔵合金は、水素吸蔵時に冷却し、かつ水素放出時に加熱することを要する。このため、水素吸蔵合金は、冷却及び加熱の効率を高める観点から、熱媒体の流路と対峙する位置に配置されることがある。

水素吸蔵合金を固定する方法として、水素吸蔵合金粉末とバインダー樹脂とをドライブレンド（溶媒を用いずに混合）して得られる混合物を、粉末の状態で固定箇所に供給し、その後、樹脂複合化水素吸蔵合金として形成する方法が考えられる。しかしながら、本発明者らの知見によれば、上述の方法によって得られる樹脂複合化水素吸蔵合金は上述の活性化処理において不純物が適切に除去されず、水素吸蔵量を向上し難い場合がある。また、上述の方法によって得られる樹脂複合化水素吸蔵合金は、水素吸蔵時における水素吸蔵合金の膨張又は水素放出時における水素吸蔵合金の収縮の過程で破損する可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、成形性に優れ、かつ水素吸蔵量を向上可能な樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法及び水素貯蔵モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法は、水素吸蔵合金粉末、バインダー樹脂及び溶媒を混合する混合工程と、上記混合工程後に、上記溶媒を蒸発させる蒸発工程と、上記蒸発工程によって得られた塊体を粉末状に粉砕する粉砕工程と、上記粉砕工程によって得られた粉末を加圧成形する成形工程と、上記成形工程によって得られた圧粉成形体を加熱することによって、上記水素吸蔵合金粉末に上記バインダー樹脂を融着させる融着工程とを備える。

当該樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法は、成形性に優れ、かつ水素吸蔵量を向上可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法を示すフロー図である。図２は、本発明の他の一実施形態に係る水素貯蔵モジュールの製造方法を示すフロー図である。図３は、Ｎｏ．１で得られた樹脂複合化水素吸蔵合金の水素吸蔵、放出サイクルと水素吸蔵量との関係を示すグラフである。図４は、Ｎｏ．２で得られた樹脂複合化水素吸蔵合金の水素吸蔵、放出サイクルと水素吸蔵量との関係を示すグラフである。図５は、Ｎｏ．３で得られた樹脂複合化水素吸蔵合金の水素吸蔵、放出サイクルと水素吸蔵量との関係を示すグラフである。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

当該樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法は、上記粉砕工程によって得られる粉末を用いるため、得られる樹脂複合化水素吸蔵合金を所望の形状に成形しやすい。また、水素吸蔵合金粉末、バインダー樹脂及び溶媒を混合する混合工程を備えるため、ドライブレンドの場合に比べ、上記水素吸蔵合金粉末及び上記バインダー樹脂を均一に混合することができる。これにより、上記融着工程を経て、上記水素吸蔵合金粉末が上記バインダー樹脂によって略均一に被覆された樹脂複合化水素吸蔵合金を得られる。このような樹脂複合化水素吸蔵合金の成形体は、水素の吸蔵及び放出に伴う膨張又は収縮によって破損し難く、また水素吸蔵合金粉末が過剰にバインダー樹脂で被覆された状態となり難いため、活性化処理によって不純物を除去しやすい。したがって、当該樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法は、成形性に優れ、かつ水素吸蔵量を向上可能である。

上記バインダー樹脂としては、シリコーン樹脂が好ましい。上記バインダー樹脂がシリコーン樹脂であることによって、水素ガスの透過性が高いため水素の吸蔵及び放出が容易で、かつ上記水素吸蔵合金粉末の熱制御を容易に行うことが可能な樹脂複合化水素吸蔵合金を製造することができる。

上記成形工程で、上記粉末を管状部材の周面に加圧成形することが好ましい。当該樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法によって得られる樹脂複合化水素合金は、例えば熱交換器の熱媒体と対峙する位置、又は水素の流路に面する位置に固定されることで、水素の吸蔵及び放出の効率を高めやすい。具体的には、熱媒体又は水素の流路を画定する管状部材の周面に固定されることで、水素の吸蔵及び放出の効率を高めやすい。そのため、上記成形工程で、上記粉末を管状部材の周面に加圧成形することによって、得られる樹脂複合化水素合金の水素の吸蔵効率及び放出効率を高めることができる。その結果、成形性に優れ、かつ水素吸蔵量を向上可能な本発明の効果が顕著に奏される。なお、「管状部材」とは、内部に流路を有する部材を意味しており、例えばプレートに流路用の貫通孔が形成されたものを含む。また、「管状部材」とは、単管に限定されるものではなく、二重管以上の多重管を含む。

上記管状部材はフィン付き管であることが好ましい。当該樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法によると、フィン付き管の周面に樹脂複合化水素合金を容易かつ確実に形成することができる。また、上記管状部材がフィン付き管であることによって、得られる樹脂複合化水素吸蔵合金の熱交換をさらに効率化できる。このため、成形性に優れ、かつ水素吸蔵量を向上可能な本発明の効果がさらに顕著に奏される。

本発明の他の一態様に係る水素貯蔵モジュールの製造方法は、水素吸蔵合金粉末、バインダー樹脂及び溶媒を混合する混合工程と、上記混合工程後に、上記溶媒を蒸発させる蒸発工程と、上記蒸発工程によって得られた塊体を粉末状に粉砕する粉砕工程と、上記粉砕工程によって得られた粉末を管状部材の周面に加圧成形する成形工程と、上記成形工程によって得られた圧粉成形体を加熱することによって、上記水素吸蔵合金粉末に上記バインダー樹脂を融着させる融着工程とを備える。

当該水素貯蔵モジュールの製造方法は、水素貯蔵モジュールの水素貯蔵機能を担う樹脂複合化水素吸蔵合金の成形性に優れ、かつその水素吸蔵量を向上可能である。また、管状部材の周面に上記樹脂複合化水素吸蔵合金を形成できるため、水素の吸蔵及び放出を進行させるための熱交換を効率化できる。

本発明において、「周面」とは、内周面、外周面又はそれら両方を意味する。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。なお、本明細書に記載されている数値については、記載された上限値と下限値とを任意に組み合わせることが可能である。本明細書では、組み合わせ可能な上限値から下限値までの数値範囲が好適な範囲として全て記載されているものとする。

＜樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法＞
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法（以下、単に「当該製造方法」ともいう。）は、混合工程Ｓ１、蒸発工程Ｓ２、粉砕工程Ｓ３、成形工程Ｓ４及び融着工程Ｓ５を備える。

（混合工程）
混合工程Ｓ１では、水素吸蔵合金粉末、バインダー樹脂及び溶媒を混合する。これにより、バインダー樹脂を溶媒中に溶解した状態で水素吸蔵合金粉末と混合することができる。また、水素吸蔵合金粉末間にバインダー樹脂が侵入した状態としやすい。このため、水素吸蔵合金粉末及びバインダー樹脂をドライブレンドする場合に比べ、バインダー樹脂を水素吸蔵合金粉末の表面に略均一に存在させることができる。水素吸蔵合金粉末、バインダー樹脂及び溶媒を混合する方法としては、攪拌等の公知の方法を採択することができる。

上記水素吸蔵合金粉末としては、ＬａＮｉ_５、ＭｍＮｉ_５等のＡＢ５型水素吸蔵合金、ＺｒＭｎ_２等のＡＢ２型水素吸蔵合金、Ｍｇ_２Ｎｉ等のＡ２Ｂ型水素吸蔵合金、ＴｉＦｅ等のＡＢ型水素吸蔵合金、Ｔｉ－Ｖ－Ｃ等のＢＣＣ型水素吸蔵合金、その他公知のものを用いることができる。また、上述した水素吸蔵合金をベースに特定の元素をさらに導入した合金を用いてもよい。これらの中でも、不純物に対する耐性及び水素吸蔵量の観点から、ＡＢ５型水素吸蔵合金又はＡＢ５型水素吸蔵合金をベースとした合金が好ましい。なお、上記水素吸蔵合金としては、２種以上の水素吸蔵合金を配合したものであってもよい。

上記水素吸蔵合金粉末の平均粒径の下限としては５μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。一方、上記水素吸蔵合金粉末の平均粒径の上限としては、１００μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。上記水素吸蔵合金粉末の平均粒径が上記下限に満たないと、上記水素吸蔵合金粉末が周囲の外気と接触することに伴う酸化を抑制し難いおそれがある。逆に、上記水素吸蔵合金粉末の平均粒径が上記上限を超えると、水素の吸蔵又は放出時における上記水素吸蔵合金粉末の体積変化が過剰となり、製造される樹脂複合化水素吸蔵合金の形状を維持し難くなるおそれがある。なお、「平均粒径」とは、一般的な粒度分布計によって粒子の粒度分布を測定し、その測定結果に基づいて算出される小粒径側からの体積積算値５０％の粒度（Ｄ５０）を意味し、以下同様とする。

上記バインダー樹脂としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等、公知の樹脂を用いることができる。上記バインダー樹脂としては、熱制御に対する耐性の観点から、熱硬化性樹脂が好ましい。中でも、上記バインダー樹脂としては、水素ガスを透過しやすく、耐熱性の高いシリコーン樹脂が好ましい。上記バインダー樹脂としてシリコーン樹脂を用いることで、水素の吸蔵及び放出が容易で、かつ上記水素吸蔵合金粉末の熱制御を容易に行うことが可能な樹脂複合化水素吸蔵合金を製造することができる。なお、上記バインダー樹脂としては、２種以上のバインダー樹脂を混合したものであってもよい。この場合、上記バインダー樹脂の主成分がシリコーン樹脂であることが好ましい。なお、「主成分」とは、質量換算で最も含有量の大きい成分を意味し、例えば含有量が５０質量％以上の成分を意味する。

上記水素吸蔵合金粉末及び上記バインダー樹脂の合計量に対する上記バインダー樹脂の含有量の下限としては、０．５質量％が好ましく、０．７質量％がより好ましく、１質量％がさらに好ましい。一方、上記含有量の上限としては、１０質量％が好ましく、７質量％がより好ましく、５質量％がさらに好ましい。上記バインダー樹脂の含有量が上記下限に満たないと、製造される樹脂複合化水素吸蔵合金の形状を維持し難くなるおそれがある。逆に、上記バインダー樹脂の含有量が上記上限を超えると、上記バインダー樹脂が上記樹脂複合化水素吸蔵合金粉末による水素の吸蔵及び放出を阻害しやすくなるおそれがあると共に、樹脂複合化水素吸蔵合金の体積に対する水素吸蔵量の比率（体積効率）が低下するおそれがある。これに対し、上記バインダー樹脂の含有量が上記範囲内であることで、上記水素吸蔵合金粉末の表面を上記バインダー樹脂によって略均一に被覆することにより、上記水素吸蔵合金粉末の膨張及び収縮に起因する微粉化を抑制しつつ、水素の吸蔵及び放出を容易に行うことができる。

上記溶媒としては、メチルアルコール、エチルアルコール等のアルコール系溶媒、ジメチルホルムアルデヒド、ジメチルケトン等のケトン系溶媒、ジエチルエーテル等のエーテル系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、塩化メチレン、トリクロロエチレン等の塩素系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒、ヘキサン、シクロヘキサン等の非芳香族炭化水素系溶媒といった公知のものを用いることができる。これらの中でも、取り扱いの容易な芳香族炭化水素系溶媒が好ましい。なお、上記溶媒としては、２種以上の溶媒を混合したものであってもよい。

混合工程Ｓ１における上記溶媒の混合量は、上記水素吸蔵合金粉末及び上記バインダー樹脂を十分に混合できる量であれよく、特に限定されない。

（蒸発工程）
蒸発工程Ｓ２では、混合工程Ｓ１後に、加熱等によって上記溶媒を蒸発させる。これにより、上記溶媒が除去された水素吸蔵合金粉末及びバインダー樹脂の混合物の塊体を得ることができる。

加熱によって上記溶媒を蒸発させる場合、加熱温度は、特に限定されないが、例えば上記バインダー樹脂の融点未満とすることができる。

（粉砕工程）
粉砕工程Ｓ３では、蒸発工程Ｓ２によって得られた上記混合物の塊体を粉末状に粉砕する。粉砕は、例えばローラミル、ボールミル等を用いて行うことができる。また、粉砕後に１００メッシュ以上（すなわち、目開き１５０μｍ以下）の篩にかけても良い。これにより、粒径が比較的均一かつ一定以下の上記混合物の粉末を得ることができる。また、メッシュ数が上記下限以上の篩を用いることによって、後述する活性化処理等によって上記混合物の粒子が微粉化することを抑制できる。これにより、上記混合物の成形体において、上記水素吸蔵合金粉末の表面が上記バインダー樹脂によって略均一に被覆された状態を維持しやすい。

粉砕工程Ｓ３によって得られる上記混合物の粉末の平均粒径の上限としては、２５０μｍが好ましく、２００μｍがより好ましく、１５０μｍがさらに好ましい。一方、上記混合物の粉末の平均粒径の下限としては、上述した上記水素吸蔵合金粉末の平均粒径が好ましい。すなわち、上記混合物の粉末の平均粒径の下限としては、例えば、上記水素吸蔵合金粉末の平均粒径が５μｍの場合は５μｍが好ましく、上記水素吸蔵合金粉末の平均粒径が１０μｍの場合は１０μｍが好ましい。また、上記混合物の粉末の平均粒径の下限としては、上述した上記水素吸蔵合金粉末の平均粒径よりも大きいことがより好ましい。上記粉末の平均粒径が上記上限を超えると、後述する成形工程Ｓ４で所望の形状に加圧成形し難くなるおそれがある。逆に、上記粉末の平均粒径が上記下限に満たないと、上記水素吸蔵合金粉末の粒子径よりも小さく上記混合物の粒子を粉砕することとなり、上記水素吸蔵合金粉末の表面が上記バインダー樹脂によって被覆されずに露出しやすくなるおそれがある。

（成形工程）
粉砕工程Ｓ３によって得られた上記粉末は、水素吸蔵合金粉末とこの水素吸蔵合金粉末の表面に付着した樹脂バインダーとを含む。成形工程Ｓ４では、この粉末を加圧成形する。これにより、上記粉末の圧粉成形体を得る。上記粉末を加圧成形する方法としては、油圧プレス金型成形、粉末射出成形、冷間等方圧加圧成形等の公知の方法を用いることができる。また、所定の形状で加圧成形するために金型を用いるとよい。上記粉末を加圧成形する方法は、上記圧粉成形体の形状等に応じて適宜採択される。

当該製造方法で得られる樹脂複合化水素吸蔵合金は、例えば水素コンプレッサー、水素貯蔵媒体等に用いられる。この場合、水素の吸蔵及び放出を円滑に進行させるため、上記樹脂複合化水素吸蔵合金を、熱交換器の熱媒体と対峙する位置、又は水素の流路に面する位置に配置することが想定される。具体的には、熱媒体又は水素の流路を画定する管状部材の周面に上記樹脂複合化水素吸蔵合金を固定することが考えられる。このような観点から、成形工程Ｓ４では、上記粉末を管状部材の周面に加圧成形することが好ましい。このように上記粉末を加圧成形することで、得られる樹脂複合化水素合金による水素の吸蔵及び放出効率を高めることができる。その結果、成形性に優れ、かつ水素吸蔵量を向上可能な本発明の効果が顕著に奏される。

上記粉末を管状部材の周面に加圧成形する場合、上記樹脂複合化水素吸蔵合金は、この管状部材（管状部材が二重管である場合には、内管又は外管）の内周面及び外周面の少なくとも一方に対して固定される。上記粉末は、上述の通り水素吸蔵合金粉末とこの水素吸蔵合金粉末の表面に付着した樹脂バインダーとを含むため、水素吸蔵合金粉末のみを含む粉末に比べ流動性を確保しやすい。このため、成形工程Ｓ４において、上記粉末は、管状部材の内周面又は外周面の形状に合致するように容易に加圧成形され得る。そのため、成形工程Ｓ４では、上記粉末を上記管状部材の内周面又は外周面に直接加圧成形してもよい。また、成形工程Ｓ４では、例えば上記粉末を、金型を用いて略筒状又は略円柱状に加圧成形し、成形された圧粉成形体を上記管状部材に導入してもよい。

上記管状部材の平均径が小さい場合、成形手法として粉末射出成形が好ましい。粉末射出成形を採択することで、上記管状部材の平均径が小さい場合であっても、上記管状部材の周面に合致する高精度の圧粉成形体を得ることができる。また、粉末射出成形を採択することで、成形性に優れる本発明の効果が顕著に奏される。

上記管状部材はフィン付き管であることが好ましい。上記フィン付き管は、筒状の本体と、この本体に配置されるフィンとを有する。上記フィン付き管としては、管の内周面にフィンを有するもの、及び管の外周面にフィンを有するものの両方が考えられる。当該製造方法によると、上述の通り流動性を有する上記粉末を用いて成形を行うため、上記フィン付き管の周面、より詳しくは上記本体の周面におけるフィン間の隙間、に樹脂複合化水素合金を容易かつ確実に固定することができる。この場合、例えば金型の中に上記フィン付き管を配置し、その後加振しながら上記粉末を金型に導入した上で、上記粉末を上記フィン付き管の周面に直接加圧成形してもよい。また、上記管状部材がフィン付き管であることによって、得られる樹脂複合化水素吸蔵合金の熱交換をさらに効率化できる。さらに、上記水素吸蔵合金粉末が上記バインダー樹脂によって略均一に被覆されていることで、フィン付き管のような膨張及び収縮が制限された箇所に固定された場合でも、膨張及び収縮に起因する微粉化を容易に抑制することができる。このため、成形性に優れ、かつ水素吸蔵量を向上可能な本発明の効果がさらに顕著に奏される。

（融着工程）
融着工程Ｓ５では、成形工程Ｓ４によって得られた圧粉成形体を加熱することによって、上記水素吸蔵合金粉末に上記バインダー樹脂を融着させる。上記水素吸蔵合金粉末に上記バインダー樹脂を融着させることで、上記バインダー樹脂が上記水素吸蔵合金粉末を略均一に取り囲んだ状態とすることができる。これにより融着工程Ｓ５を経て得られる樹脂複合化水素吸蔵合金の耐久性を向上することができる。また、上記水素吸蔵合金粉末に上記バインダー樹脂を融着させることで、上述のフィン付き管におけるフィン間の隙間等の複雑な形状に対して容易に固定することができる。

上記バインダー樹脂が熱硬化性樹脂の場合、上記圧粉成形体を加熱する温度としては、上記バインダー樹脂の熱硬化温度未満が好ましい。より具体的には、上記圧粉成形体を加熱する温度の上限としては、上記バインダー樹脂の熱硬化温度をＴ１［℃］とした場合に、Ｔ１－３０［℃］が好ましく、Ｔ１－６０［℃］がより好ましく、Ｔ１－９０［℃］がさらに好ましい。一方、上記バインダー樹脂が熱可塑性樹脂である場合、上記圧粉成形体を加熱する温度の上限としては、上記バインダー樹脂の融点をＴ２［℃］とした場合、Ｔ２＋１００［℃］が好ましく、Ｔ２＋８０［℃］がより好ましく、Ｔ２＋６０［℃］がさらに好ましい。

融着工程Ｓ５の後、水素の吸蔵量を向上すべく、表面の不純物等を除去する活性化処理（活性化処理工程）が行われる場合がある。上記活性化処理は公知の方法によって行うことができる。この点において、当該製造方法によって得られる樹脂複合化水素吸蔵合金は、上述の通り、上記バインダー樹脂が上記水素吸蔵合金粉末を略均一に取り囲んでいる。このため、上記水素吸蔵合金粉末の表面において上記バインダー樹脂が過剰に添着する部分が少なく、上記活性化処理において上記水素吸蔵合金粉末から不純物が略均一に除去されやすい。また、上記樹脂複合化水素吸蔵合金は、水素を吸蔵及び放出するための経路を均一に確保しやすい。すなわち、上記樹脂複合化水素吸蔵合金は、上記活性化処理において不純物を除去しやすく、かつ水素吸蔵量を向上しやすい。

（利点）
当該製造方法は、粉砕工程Ｓ３によって得られる粉末を用いるため、樹脂複合化水素吸蔵合金を所望の形状に成形しやすい。また、水素吸蔵合金粉末、バインダー樹脂及び溶媒を混合する混合工程Ｓ１を備えるため、ドライブレンドの場合に比べ、上記水素吸蔵合金粉末及び上記バインダー樹脂を均一に混合することができる。これにより、融着工程Ｓ５を経て、上記水素吸蔵合金粉末が上記バインダー樹脂に略均一に被覆された樹脂複合化水素吸蔵合金を得られる。このような樹脂複合化水素吸蔵合金は、水素の吸蔵及び放出に伴う膨張又は収縮によって破損し難く、また活性化処理によって不純物を除去しやすい。したがって、当該製造方法は、成形性に優れ、かつ水素吸蔵量を向上可能である。

＜水素貯蔵モジュールの製造方法＞
本発明の他の一実施形態に係る水素貯蔵モジュールの製造方法は、混合工程Ｓ１、蒸発工程Ｓ２、粉砕工程Ｓ３、成形工程Ｓ４及び融着工程Ｓ５を備える。当該水素貯蔵モジュールの製造方法において、混合工程Ｓ１、蒸発工程Ｓ２、粉砕工程Ｓ３、及び融着工程Ｓ５は上述した当該樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法における混合工程Ｓ１、蒸発工程Ｓ２、粉砕工程Ｓ３、及び融着工程Ｓ５と同様とすることができる。成形工程Ｓ４では、粉砕工程Ｓ３によって得られた粉末を管状部材の周面に加圧成形する。上記管状部材は、例えば水素貯蔵モジュールの少なくも一部を構成する熱交換器である。上記管状部材は、二重管又はフィン付き管等であってもよい。

（利点）
当該水素貯蔵モジュールの製造方法は、水素貯蔵モジュールの水素貯蔵機能を担う樹脂複合化水素吸蔵合金の成形性に優れ、かつその水素吸蔵量を向上可能である。また、管状部材の周面に上記樹脂複合化水素吸蔵合金を形成できるため、水素の吸蔵及び放出を進行させるための熱交換を効率化できる。

＜その他の実施形態＞
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。したがって、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

上記成形工程では、上記粉砕工程によって得られた粉末を管状部材以外の部材に加圧成形してもよい。

［実施例］
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。

＜樹脂複合化水素吸蔵合金の製造＞
（Ｎｏ．１）
Ｎｏ．１では、水素吸蔵合金粉末として日本重化学工業（株）製のＭｍＮｉ系水素吸蔵合金（化学式：ＭｍＮｉ_３．９５Ｃｏ_０．４０Ｍｎ_０．３５Ａｌ_０．３０、２５℃における水素平衡圧：０．１ＭＰａ）を、バインダー樹脂及び溶媒として信越化学工業（株）製のＫＲ－２５１（シリコーン樹脂、トルエン溶媒）を用いた。水素吸蔵合金粉末、シリコーン樹脂及び溶媒を、それぞれ９５質量％、１質量％及び４質量％で混合した。その後、溶媒を蒸発させることで水素吸蔵合金粉末及びバインダー樹脂の混合物の塊体を得た。この塊体を乳鉢で粉砕後、１００メッシュの網目密度の金網でふるいにかけて粉末状とした。

上記混合物の粉末を密度４．２ｇ／ｃｃで金型内に投入し、油圧プレスで加圧することによって圧粉成形体を得た。圧粉成形体は１１０℃の真空下で１０分間加熱処理し、バインダー樹脂を水素吸蔵合金粉末に融着させた。これにより、樹脂複合化水素吸蔵合金の成形体を得た。

（Ｎｏ．２）
Ｎｏ．２では、水素吸蔵合金粉末としてＮｏ．１と同様の水素吸蔵合金を、バインダー樹脂としてペルノックス（株）製のＰＣＥ－７５０（エポキシ樹脂）を用いた。水素吸蔵合金粉末に粉末状のバインダー樹脂を５質量％の割合で混合し、粉末状の混合物を得た。上記混合物を密度５．０ｇ／ｃｃで金型内に投入し、油圧プレスで加圧することによって圧粉成形体を得た。圧粉成形体は１５０℃の真空下で２分間加熱処理し、樹脂複合化水素吸蔵合金の成形体を得た。

（Ｎｏ．３）
Ｎｏ．３では、水素吸蔵合金粉末としてＮｏ．１と同様の水素吸蔵合金を、バインダー樹脂として信越化学工業（株）製のＫＲ－２２０ＬＰ（シリコーン樹脂）を用いた。水素吸蔵合金粉末に粉末状のバインダー樹脂を５質量％の割合で混合し、粉末状の混合物を得た。上記混合物を密度３．８ｇ／ｃｃで金型内に投入し、油圧プレスで加圧することによって圧粉成形体を得た。圧粉成形体は２００℃の真空下で２分間加熱処理し、バインダー樹脂を熱硬化させることで樹脂複合化水素吸蔵合金の成形体を得た。

＜水素吸蔵量の確認＞
Ｎｏ．１、Ｎｏ．２及びＮｏ．３で得た樹脂複合化水素吸蔵合金の成形体についてそれぞれ以下の手順で活性化処理を行った。

上記成形体を、ジャケット（二重管）式の熱交換容器の内管の内部に設けた水素吸蔵合金容器に導入した。上記熱交換容器のジャケット部（外管）に９０℃の温水を供給し、樹脂複合化水素吸蔵合金の温度を８５℃まで加熱した後、真空ポンプを用いて真空引きを行った。さらに、熱交換容器に保圧弁を設置し、０．８ＭＰａＧの状態を維持しながら上記内管に水素ガスを１時間流通させた。その後、０．９ＭＰａＧの状態を維持しながら一晩放置した。上述の操作を３回繰り返した。

活性化処理の後、それぞれの成形体について水素放出及び水素吸蔵を以下の手順で行った。

熱交換容器のジャケット部に９０℃の温水を供給しながら水素ガスの放出流量が０．１ＮＬＭ以下になるまで水素放出を行った。水素放出の後、熱交換容器のジャケット部に１０℃の冷水を供給しつつ０．８ＭＰａＧで水素ガスを供給しながら水素ガスの吸蔵流量が０．１ＮＬＭ以下になるまで水素吸蔵を行った。放出流量及び上記吸蔵流量はマスフローメータ―によって測定した。

Ｎｏ．１で得た成形体については、上述の活性化処理を１回行った後、上述の水素放出及び水素吸蔵を６サイクル繰り返した。また、１サイクルごとに水素ガスの吸蔵量［ＮＬ］を測定した。測定結果を図３に示す。図３のプロットした点ごとの数値は、水素ガスの吸蔵量［ＮＬ］を示している。水素ガスの吸蔵量を最後に測定した後、熱交換容器から取り出すと成形体は形状を維持していた。

Ｎｏ．２で得た成形体については、上述の活性化処理を１回行った後、上述の水素放出及び水素吸蔵を１７サイクル繰り返した。また、１サイクルごとに水素ガスの吸蔵量［ＮＬ］を測定した。測定結果を図４に示す。図４のプロットした点ごとの数値は、水素ガスの吸蔵量［ＮＬ］を示している。水素ガスの吸蔵量を最後に測定した後、熱交換容器から取り出すと成形体は形状を維持していた。

Ｎｏ．３で得た成形体については、上述の活性化処理を１回行った後、上述の水素放出及び水素吸蔵を７サイクル繰り返した。このとき、水素ガスの吸蔵量が極めて小さかったため、再度上述の活性化処理を１回行った後、上述の水素放出及び水素吸蔵を５サイクル繰り返した。また、１サイクルごとに水素ガスの吸蔵量［ＮＬ］を測定した。測定結果を図５に示す。図５のプロットした点ごとの数値は、水素ガスの吸蔵量［ＮＬ］を示している。水素ガスの吸蔵量を最後に測定した後、熱交換容器から取り出すと成形体は形状を維持しておらず、粉末状であった。

図５に示す通り、Ｎｏ．３の樹脂複合化水素吸蔵合金は、１回目の活性化処理の後、水素吸蔵量を向上できなかった。また、２回目の活性化処理の後、水素吸蔵量が想定値の７．１ＮＬまで向上したが、成形体の形状を維持できなかった。図４に示す通り、Ｎｏ．２の樹脂複合化水素吸蔵合金は、成形体の形状を維持できたが、水素吸蔵量は想定値の７．１ＮＬまで向上できず、５ＮＬで頭打ちになった。このことから溶媒を含まないドライブレンドによる樹脂複合化水素吸蔵合金の製造では、成形性及び水素吸蔵量を両立することが困難であることが示唆された。一方で、図３に示す通り、Ｎｏ．１の樹脂複合化水素吸蔵合金は、成形体の形状を維持しつつ、水素吸蔵量を想定値の７．１ＮＬまで向上できた。このことから、図１に示す当該樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法によると、成形性に優れ、かつ水素吸蔵量に優れる樹脂複合化水素吸蔵合金を製造できることが示唆された。

以上説明したように、本発明の一態様に係る樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法は、成形性に優れ、かつ水素吸蔵量を向上可能であるため、水素コンプレッサー、水素貯蔵媒体等に好適に利用できる。

Claims

水素吸蔵合金粉末、バインダー樹脂及び溶媒を混合する混合工程と、
上記混合工程後に、上記溶媒を蒸発させる蒸発工程と、
上記蒸発工程によって得られた塊体を粉末状に粉砕する粉砕工程と、
上記粉砕工程によって得られた粉末を加圧成形する成形工程と、
上記成形工程によって得られた圧粉成形体を加熱することによって、上記水素吸蔵合金粉末に上記バインダー樹脂を融着させる融着工程と
を備える樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法。
上記バインダー樹脂がシリコーン樹脂である請求項１に記載の樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法。
上記成形工程で、上記粉末を管状部材の周面に加圧成形する請求項１又は請求項２に記載の樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法。
上記管状部材がフィン付き管である請求項３に記載の樹脂複合化水素吸蔵合金の製造方法。
水素吸蔵合金粉末、バインダー樹脂及び溶媒を混合する混合工程と、
上記混合工程後に、上記溶媒を蒸発させる蒸発工程と、
上記蒸発工程によって得られた塊体を粉末状に粉砕する粉砕工程と、
上記粉砕工程によって得られた粉末を管状部材の周面に加圧成形する成形工程と、
上記成形工程によって得られた圧粉成形体を加熱することによって、上記水素吸蔵合金粉末に上記バインダー樹脂を融着させる融着工程と
を備える水素貯蔵モジュールの製造方法。