JP5114777B2 - 水素貯蔵材料の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明に係る水素貯蔵材料は、マグネシウムアミド(Mg(NH2)2)と水素化リチウム(LiH)が混合されており、ナノ複合体を形成している。マグネシウムアミドと水素化リチウムのナノ複合体では、マグネシウムアミドと水素化リチウムとがナノメートルサイズで微細に相互分散しつつ、安定な組織が形成されている。マグネシウムアミドと水素化リチウムによるナノ複合体が水素を放出した状態のものは、現在までに取得した分析データにより、Li2.667MgN2H1.333の組成のリチウム・マグネシウム・イミドになっていると推測される。本発明に係る水素貯蔵材料は、混合物中の3Mg(NH2)2+8LiH⇔3Li2.667MgN2H1.333+8H2という反応により水素を吸蔵および放出すると考えられる。上記の式で、右向きが水素の放出反応、左向きが水素の吸蔵反応である。
図1は、水素貯蔵材料の製造方法を示すフローチャートである。実施例1の製造方法では、まず、マグネシウムアミドと水素化リチウムの試料をミリング処理する(第1のミリング工程)。これにより、試料粒子の微細化が進む。
まず、マグネシウムアミド(Mg(NH2)2)を調整した。水素化マグネシウム(MgH2;アヅマックス社取扱い、純度95%)1gを高純度アルゴングローブボックス内で高クロム鋼製のミル容器(内容積:250ml)に投入した後、このミル容器内を真空排気し、続いて下式(1)のモル比以上となるように、ミル容器内に所定量のアンモニアガスを導入した。そして、ミル容器を封止し、次いでこれを室温、大気雰囲気下、250rpmの回転数で所定時間ミリング処理した。
次に、得られたマグネシウムアミド(Mg(NH2)2)粉末とLiH粉末(シグマ・アルドリッチ社製、純度99.5%)を、モル比が、Mg(NH2)2:LiH=3:8となるように秤量し、高クロム鋼製のバルブ付ミル容器(内容積:30ml)に、高クロム鋼製のボールとともに投入した。ミル容器内を真空排気した後、ミル容器内圧が1MPaとなるように高純度水素ガスを導入した。
上記の水素吸蔵工程まで行って得られた試料を高純度アルゴングローブボックス内で、鋼鉄製のミル容器に移した。これに高クロム鋼製ボール(直径:8mmφ)を装入した後、ミル容器内を加圧水素雰囲気(内圧:10MPa)とした。そして、振動型ミリング装置(セイワ技研社製、型番:RM−10)を用い、100℃を保持して5時間、試料のミリングを行った。これにより実施例2の試料を得た。
上記の熱処理工程まで行って得られた試料を高純度アルゴングローブボックス内で、鋼鉄製のミル容器に移した。これに高クロム鋼製ボール(直径:8mmφ)を装入した後、ミル容器内を加圧水素雰囲気(内圧:15MPa)とした。そして、上記の振動型ミリング装置を用いて、150℃を保持して5時間、試料のミリングを行った。これにより実施例3の試料を得た。
実施例1に示した合成法により得られた上記のマグネシウムアミド(Mg(NH2)2)粉末とLiH粉末(シグマ・アルドリッチ社製、純度99.5%)を、モル比が、Mg(NH2)2:LiH=3:8となるように秤量し、高クロム鋼製のバルブ付ミル容器(内容積:30ml)に、高クロム鋼製のボールとともに投入した。ミル容器内を真空排気した後、ミル容器内圧が1MPaとなるように高純度水素ガスを導入した。
実施例1に示した合成法により得られた上記のマグネシウムアミド粉末とLiH粉末を、モル比が、Mg(NH2)2:LiH=3:8となるように秤量し、高クロム鋼製のバルブ付ミル容器(内容積:30ml)に、高クロム鋼製のボールとともに投入した。ミル容器内を真空排気した後、ミル容器内圧が1MPaとなるように高純度水素ガスを導入し、ミル容器を室温、大気雰囲気に設置された上記の遊星型ボールミル装置を用いて、400rpmの回転数で2時間ミリング処理し、比較例1の試料を得た。
実施例1〜3および比較例1の各試料を、示差熱天秤装置(SIIナノテクノロジー社製、型番TG/DTA6200)を用いて、高純度アルゴンガス雰囲気下で、昇温速度を5℃/分として室温から400℃まで昇温し、その間の重量変化を調べた。
図4は、実施例1および比較例1の各試料についてガスクロマトグラフを行った結果を示すグラフである。真空下で室温から150℃まで昇温し、150℃で保持するという条件で測定した。比較例1の試料の水素放出量が4質量%程度に留まるのに対して、実施例1の試料の水素放出量は、約10時間で5.5質量%に達しているのが分かる。
図5は、第1のミリング工程後、真空下で24時間200℃を保持し脱水素化した試料pおよび12時間200℃を保持し脱水素化した試料rのX線回折測定結果を示す。12時間脱水素化した試料rの回折プロファイルでは、LiHの存在を示すピーク(★印)が現れている。24時間脱水素化した試料pの回折プロファイルでは、LiHの存在を示すピークを観測できない。したがって、長時間の脱水素化により試料の組成からLiH相が消失し、試料がほぼLi2.667MgN2H1.333の単相により構成されていると推測される。
図6(a)は、実施例4、実施例5および比較例1の各試料の水素の昇温脱離スペクトルを示すグラフである。昇温脱離スペクトルのピーク温度を比較すると、比較例1のピーク温度が202℃であるのに対して、実施例4、5のピーク温度は175℃であり、本発明の適用によりピーク温度が低温化していることが分かる。また、図6(b)は、実施例4、実施例5および比較例1の各試料の熱重量曲線(TG曲線)を示すグラフである。400℃までの熱重量変化を比較すると、実施例4および5の試料の重量変化は、比較例1の試料の重量変化に比べて小さいが、本発明の適用により熱重量曲線の減少開始温度が低温化していることが分かる。また、室温においても、本発明の適用により水素の吸蔵が可能であることが分かった。
Claims (5)
- マグネシウムアミドと水素化リチウムを有する水素貯蔵材料の製造方法であって、
マグネシウムアミドと水素化リチウムの試料をミリング処理し、試料粒子の微細化を進める第1のミリング工程と、
前記第1のミリング工程により得られた試料を真空雰囲気下で加熱することで、実質的に単相のリチウム・マグネシウム・イミドが得られるまで熱処理する熱処理工程と、を含み、
前記熱処理工程により得られた試料を微細化された状態に維持しつつ、その試料に水素を吸蔵させることで前記水素貯蔵材料を製造することを特徴とする水素貯蔵材料の製造方法。 - 前記熱処理工程により得られた試料を加圧水素雰囲気下で加熱し、その試料に水素を吸蔵させる水素吸蔵工程と、
前記水素吸蔵工程により得られた試料を、水素ガス雰囲気下または不活性ガスと水素ガスとの混合ガス雰囲気下でミリング処理する第2のミリング工程と、を更に含むことを特徴とする請求項1記載の水素貯蔵材料の製造方法。 - 前記熱処理工程により得られた試料を加圧水素雰囲気下で加熱し、その試料に水素を吸蔵させる水素吸蔵工程と、
前記水素吸蔵工程により得られた試料を、加圧水素雰囲気下で加熱しつつミリング処理する第2のミリング工程と、を更に含むことを特徴とする請求項1記載の水素貯蔵材料の製造方法。 - 前記熱処理工程により得られた試料を、加圧水素雰囲気下でミリング処理する第2のミリング工程と、を含むことを特徴とする請求項1記載の水素貯蔵材料の製造方法。
- 前記熱処理工程では、前記第1のミリング工程により得られた試料を140℃以上の温度で24時間以上保持することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の水素貯蔵材料の製造方法。
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