JP4223014B2 - 水素吸蔵・放出制御法 - Google Patents

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Description

この出願の発明は、水素吸蔵・放出制御法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、少なくとも表面にリチウム層を有する水素吸蔵材料を用い、比較的低い圧力領域かつ室温付近での水素の速やかな吸蔵・放出を可能にする水素吸蔵・放出制御法に関するものである。
金属、合金等の水素吸蔵材料に水素を吸蔵させる際には、反応が発熱反応であることから、水素圧を上げ、水素吸蔵材料の温度を下げている。一方、水素を放出させる際には、反応が吸熱反応であることから、水素圧を下げ、水素吸蔵材料の温度を上げている（たとえば、非特許文献１参照）。
若尾慎二郎著、「新技術シリーズ（６）水素吸蔵合金」、パワー社、１９９３年７月、ｐ．７−３６
実用的な水素吸蔵材料には、水素の吸蔵及び放出を比較的低い圧力領域かつ室温付近で速やかに行えることが要求される。
この出願の発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、比較的低い圧力領域かつ室温付近での水素の速やかな吸蔵・放出を可能にする水素吸蔵・放出制御法を提供することを解決すべき課題としている。
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、少なくとも表面にリチウム層を有する水素吸蔵材料に水素を吸蔵させる際に、リチウムの表面格子振動における特性振動数の振動を加えることを特徴とする水素吸蔵制御法を提供する。
この出願の発明は、第２には、少なくとも表面にリチウム層を有する水素吸蔵材料に吸蔵された水素を放出させる際に、リチウムの表面格子振動における特性振動数の振動を加えることを特徴とする水素放出制御法を提供する。
この出願の発明は、第３および第４には、各々、特性振動数４．６×１０13Ｈｚの振動を加えることを特徴とする前記第１および第２の制御法を提供する。
この出願の発明の水素吸蔵・放出制御法によれば、温度や圧力による制御が難しかった比較的低い圧力・温度領域において、水素の速やかな吸蔵・放出が実現され、水素吸蔵・放出制御が可能となる。さらに、表面反応を活性にするために行われていたパラジウムメッキ等の処理が省略可能となる。
この出願の発明の発明者らは、前記課題の解決のために鋭意検討したところ、水素吸蔵材料が水素を吸蔵・放出する際、表面格子が歪むことを見出し、また、水素が吸蔵・放出されるとき、少なくとも表面にリチウム層を有する水素吸蔵材料においては、格子振動に特定の振動数（特性振動数）があることを見出した。この出願の発明の水素吸蔵・放出制御法は、これらの知見に基づいて完成された。
すなわち、少なくとも表面にリチウム層を有する水素吸蔵材料に水素を吸蔵させる際に、リチウムの表面格子にあらかじめ歪を加え、水素吸蔵を促進させる。また、水素吸蔵材料に吸蔵された水素を放出させる際にも、リチウムの表面格子にあらかじめ歪を加え、水素放出を促進させる。リチウムの表面格子の歪の誘起は、格子振動におけるリチウムの特性振動数の振動を水素吸蔵材料に加えるにより行うことができる。特性振動数の振動を加える方法は特に制限無く、特性振動数に相当する電磁波や光を照射して行うことができる。
この出願の発明の水素吸蔵・放出制御法では、少なくとも表面にリチウム層を有する水素吸蔵材料に所定の振動数の振動を付与することのできる振動供給手段は、特に制限されない。たとえば種々のトランスデューサを使用することにより、リチウムの固有振動数に相当する振動数（特性振動数）の弾性波を水素吸蔵材料に付与することができる。また、種々のレーザ照射装置を使用することにより、リチウムの特性振動数の電磁波を電磁波―弾性波変換トランスデューサに付与し、発生する特性振動数の弾性波を水素吸蔵材料に付与することができる。さらに、特性振動数の電磁波を直接水素吸蔵材料に照射することにより、水素の吸収・放出を効率化させる振動を起こさせることができる。
リチウムの水素吸蔵および放出に関わる表面格子振動の特性振動数の一つωLiは、密度汎関数理論に基づいた一般的な第一原理計算から４．６×１０13と算出される。この特性振動数の振動を少なくとも表面にリチウム層を有する水素吸蔵材料に加え、水素の吸収確率、放出確率を、振動を加えない場合と比較した。その結果を示したのが図１及び図２である。
図１から確認されるように、水素の吸収が低エネルギー領域から起こっている。このことは、水素吸蔵時の圧力の低減が可能であることを意味している。図２からは、水素の放出が低エネルギー領域から起こっていることが確認される。このことは、水素放出時の温度の低減が可能であることを意味している。比較例として、水素吸蔵材料の表面めっきに一般的に用いられているパラジウム（ωPd＝７．７×１０12Ｈｚ）とリチウムの水素吸蔵、放出の態様を比較したところ、パラジウムより低エネルギーでの水素吸蔵および放出が可能であることが示された。
もちろん、この出願の発明は、以上の実施例によって限定されるものではない。水素吸蔵材料の種類等の細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、比較的低い圧力領域かつ室温付近での水素の速やかな吸蔵・放出が可能となる。
リチウムの水素吸収確率を水素原子の運動エネルギーとの関係において示した相関図である。 リチウムの水素放出確率を水素原子の運動エネルギーとの関係において示した相関図である。

Claims (4)

  1. 少なくとも表面にリチウム層を有する水素吸蔵材料に水素を吸蔵させる際に、リチウムの表面格子振動における特性振動数の振動を加えることを特徴とする水素吸蔵制御法。
  2. 少なくとも表面にリチウム層を有する水素吸蔵材料に吸蔵された水素を放出させる際に、リチウムの表面格子振動における特性振動数の振動を加えることを特徴とする水素放出制御法。
  3. 特性振動数４．６×１０ 13 Ｈｚの振動を加えることを特徴とする請求項１に記載の水素吸蔵制御法。
  4. 特性振動数４．６×１０ 13 Ｈｚの振動を加えることを特徴とする請求項２に記載の水素放出制御法。
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