JPH0247535B2 - - Google Patents
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- JPH0247535B2 JPH0247535B2 JP59171967A JP17196784A JPH0247535B2 JP H0247535 B2 JPH0247535 B2 JP H0247535B2 JP 59171967 A JP59171967 A JP 59171967A JP 17196784 A JP17196784 A JP 17196784A JP H0247535 B2 JPH0247535 B2 JP H0247535B2
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- hydrogen
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は、化学的に活性で、種々の反応原料と
して利用価値の高い水素を、大量に、迅速に、効
率よく吸蔵し、吸蔵した水素を可逆的に効率よく
放出しうる水素貯蔵、蓄熱、冷暖房用の水素吸蔵
合金に関し、特に100℃以上の高い温度領域にお
いて特性が優れたものである。 従来例の構成とその問題点 従来のボンベ方式や、液体水素方式に代つて、
水素を安全に、コンパクトに貯蔵しうる方法とし
て、金属水素化物を使つた方式が注目されてい
る。例えば、LaNi5、TiFe、TiMn1.5およびこれ
らを基合金として多元系合金などである。これら
は、水素ボンベ代替品としての用途を指向してい
るから、室温での反応速度、水素吸蔵能などの水
素貯蔵特性は比較的優れている。しかしながら、
昨今、蓄熱や冷暖房用媒体として、金属水素化物
が注目され、この用途より評価したとき、前記従
来公知のものは、約100℃以上の高温域において、
特に水素吸蔵圧と放出圧のヒステリシス性能およ
び水素吸蔵圧（および放出圧）のプラトー性能が
劣つており、実用化の際、経済性、操作性などの
点で問題であつた。 この問題点を第１図によつて説明する。第１図
は、金属水素化物の水素平衡圧と水素化物組成と
の関係を示す等温線（以降Ｐ−Ｃ−Ｔ特性とい
う）であり、実線が理想的な水素吸蔵合金の特
性、破線が従来のものの特性を示している。図
中、Ｈが従来のもののＰ−Ｃ−Ｔ特性のヒステリ
シス性能が、Ｓがプラトー性能を評価する値であ
り、これらは実線のように共に小さい程望まし
い。その理由は、少しの圧力変化で、合金中の保
有水素量を大きく変化させることが出来るからで
ある。 発明の目的 本発明は、前記従来の水素吸蔵合金が有してい
た高温度（約100℃以上）での水素貯蔵特性にお
けるヒステリシス性能、およびプラトー性能の問
題点を改善すると共に、高温度域において、水素
吸蔵量が大きく、水素吸蔵と放出反応の速度が速
い水素吸蔵合金を提供することを目的とする。 発明の構成 本発明は、水素吸蔵量の大きいZr（最大吸蔵
量：ZrH2、約260ml/ｇ）と、安価で、比較的活
性なMnとを主成分とした一般式ZrMn〓-xMxで示
され、α＝1.6〜3.0、ｘ＝0.1〜1.5、かつＭが
Mg、Ca、Zn、Si、Hf、Sn、LaおよびCeよりな
る群から選ばれた少なくとも１種の元素からなる
ものである。 上に示したMnの組成割合に関するαの値、
Mnに対する金属Ｍの置換割合を示すｘの値、お
よびＭの種類とその構成は、水素吸蔵合金の特性
に主たる影響を及ぼす有効合金相（C14型結晶構
造を有するラーバス相）の均質性、単一相性、お
よび結晶格子定数から決定される。その詳細を以
下の実施例と共に説明する。 実施例の説明 本発明の水素吸蔵合金の製造は、アルゴンアー
ク溶解などの直接的溶解法により容易に行なわれ
る。得られた合金塊は、比較的もろく、機械的に
容易に粉砕され、その一部を合金相の解析用、残
部を水素化特性測定用とした。水素化手順は、機
械的に粉砕した合金粒約30ｇを、例えばステンレ
ス鋼製の密閉可能な反応容器内に収納し、内部を
数10分間、真空に排気後、高温（例えば200℃）
で、直接この合金粒と、気体の水素とを数気圧か
ら数10気圧の圧力で接触させた。反応容器内の合
金粒は水素を導入後、数分間で水素を吸蔵しはじ
め、数10分後には飽和に達した。その後可逆的に
合金内部の水素を大気圧に放出させた。以上の水
素吸蔵と放出反応を約10回行なつてから、各種合
金のＰ−Ｃ−Ｔ特性を測定した。その結果、物理
的、化学的分析法による有効合金相（C14型ラー
バス相）の存在割合とＰ−Ｃ−Ｔ特性とからＭと
してMg、Ca、Zn、Si、Hf、Sn、La、Ceおよび
これらの合金が水素吸蔵合金として優れていた。
次表にα＝2.0、ｘ＝0.5の場合の本発明の実施例
の一部の特性を示す。なお、反応温度は200℃で
あり、Ｐ−Ｃ−Ｔ特性におけるプラトー性能、お
よびヒステリシス性能は、相対的に符号で評価し
た。
して利用価値の高い水素を、大量に、迅速に、効
率よく吸蔵し、吸蔵した水素を可逆的に効率よく
放出しうる水素貯蔵、蓄熱、冷暖房用の水素吸蔵
合金に関し、特に100℃以上の高い温度領域にお
いて特性が優れたものである。 従来例の構成とその問題点 従来のボンベ方式や、液体水素方式に代つて、
水素を安全に、コンパクトに貯蔵しうる方法とし
て、金属水素化物を使つた方式が注目されてい
る。例えば、LaNi5、TiFe、TiMn1.5およびこれ
らを基合金として多元系合金などである。これら
は、水素ボンベ代替品としての用途を指向してい
るから、室温での反応速度、水素吸蔵能などの水
素貯蔵特性は比較的優れている。しかしながら、
昨今、蓄熱や冷暖房用媒体として、金属水素化物
が注目され、この用途より評価したとき、前記従
来公知のものは、約100℃以上の高温域において、
特に水素吸蔵圧と放出圧のヒステリシス性能およ
び水素吸蔵圧（および放出圧）のプラトー性能が
劣つており、実用化の際、経済性、操作性などの
点で問題であつた。 この問題点を第１図によつて説明する。第１図
は、金属水素化物の水素平衡圧と水素化物組成と
の関係を示す等温線（以降Ｐ−Ｃ−Ｔ特性とい
う）であり、実線が理想的な水素吸蔵合金の特
性、破線が従来のものの特性を示している。図
中、Ｈが従来のもののＰ−Ｃ−Ｔ特性のヒステリ
シス性能が、Ｓがプラトー性能を評価する値であ
り、これらは実線のように共に小さい程望まし
い。その理由は、少しの圧力変化で、合金中の保
有水素量を大きく変化させることが出来るからで
ある。 発明の目的 本発明は、前記従来の水素吸蔵合金が有してい
た高温度（約100℃以上）での水素貯蔵特性にお
けるヒステリシス性能、およびプラトー性能の問
題点を改善すると共に、高温度域において、水素
吸蔵量が大きく、水素吸蔵と放出反応の速度が速
い水素吸蔵合金を提供することを目的とする。 発明の構成 本発明は、水素吸蔵量の大きいZr（最大吸蔵
量：ZrH2、約260ml/ｇ）と、安価で、比較的活
性なMnとを主成分とした一般式ZrMn〓-xMxで示
され、α＝1.6〜3.0、ｘ＝0.1〜1.5、かつＭが
Mg、Ca、Zn、Si、Hf、Sn、LaおよびCeよりな
る群から選ばれた少なくとも１種の元素からなる
ものである。 上に示したMnの組成割合に関するαの値、
Mnに対する金属Ｍの置換割合を示すｘの値、お
よびＭの種類とその構成は、水素吸蔵合金の特性
に主たる影響を及ぼす有効合金相（C14型結晶構
造を有するラーバス相）の均質性、単一相性、お
よび結晶格子定数から決定される。その詳細を以
下の実施例と共に説明する。 実施例の説明 本発明の水素吸蔵合金の製造は、アルゴンアー
ク溶解などの直接的溶解法により容易に行なわれ
る。得られた合金塊は、比較的もろく、機械的に
容易に粉砕され、その一部を合金相の解析用、残
部を水素化特性測定用とした。水素化手順は、機
械的に粉砕した合金粒約30ｇを、例えばステンレ
ス鋼製の密閉可能な反応容器内に収納し、内部を
数10分間、真空に排気後、高温（例えば200℃）
で、直接この合金粒と、気体の水素とを数気圧か
ら数10気圧の圧力で接触させた。反応容器内の合
金粒は水素を導入後、数分間で水素を吸蔵しはじ
め、数10分後には飽和に達した。その後可逆的に
合金内部の水素を大気圧に放出させた。以上の水
素吸蔵と放出反応を約10回行なつてから、各種合
金のＰ−Ｃ−Ｔ特性を測定した。その結果、物理
的、化学的分析法による有効合金相（C14型ラー
バス相）の存在割合とＰ−Ｃ−Ｔ特性とからＭと
してMg、Ca、Zn、Si、Hf、Sn、La、Ceおよび
これらの合金が水素吸蔵合金として優れていた。
次表にα＝2.0、ｘ＝0.5の場合の本発明の実施例
の一部の特性を示す。なお、反応温度は200℃で
あり、Ｐ−Ｃ−Ｔ特性におけるプラトー性能、お
よびヒステリシス性能は、相対的に符号で評価し
た。
【表】
次に、α値の範囲について述べる。Zr−Mn2
元系合金の状態図はまだ完全なものが得られてい
ないが、今までにかなり詳細に調べられている。
それらのなかから、R.P.Elliottによつて調べられ
たものを第２図に示す。この図によれば、ラーバ
ス相のC14型構造を有する金属間化合物ZrMn2
が、固一液線のピークである約1340℃付近に示さ
れている。このZrMn2は、かなり安定な合金相で
あり、Zr量がZrMn2組成から多少ずれても、C14
型ラーバス相を有するZrMn2相は形成される。第
２図および試料のＸ線解析より、ZrMn1.6（38.46
原子％）〜ZrMn3（25原子％）の範囲内であれば、
多少の不均質相は混在するものの、母相は実質的
にC14型のラーバス相となることがわかつた。し
かも都合の良いことにZr量の割合の減少に比例
して、ほぼ直線的に、水素解離平衡圧は上昇し、
本合金系ではα＝1.6〜3.0であれば、Zr量によつ
て、所望の平衡圧を有する合金を、任意に設計し
うる。 なお、好ましくは、α＝1.9〜2.1であり、この
範囲では、Ｐ−Ｃ−Ｔ特性のプラトー域の平坦性
が極めて良好で、有効水素移動量も多い。 次に、ｘ値の範囲についてのべる。本発明の合
金においては、MnのＭ元素の置換割合が大きく
なればなるほど、結晶格子定数ａ、ｃが減少し、
その結果、一定温度で吸蔵水素量は減少する。ま
た、置換割合ｘが小さすぎると、水素吸蔵圧と放
出圧とのヒステリシス幅が小さくならない。特に
100℃以上の高温において、金属水素化物の水素
化と脱水素化の反応熱を利用する用途には、有効
水素移動量が大きくすることが大切であり、この
量が、熱利用効率と、システムの大きさ、および
合金使用量を決定する。従つて、Ｐ−Ｃ−Ｔ特性
のヒステリシス幅を小さくし、吸蔵水素量を大き
くして、実質的に、有効水素移動量が実用的な
（吸蔵水素原子の変化量）／（ZrMn〓-xMx）＝1.5
以上を得るためにはｘ＝0.1〜1.5の範囲でなけれ
ばならない。 本発明合金の代表例として、ZrMn1.5Zn0.5水素
化物の250℃におけるＰ−Ｃ−Ｔ特性を第３図に、
またZrMn1.5La0.5水素化物の205℃におけるＰ−
Ｃ−Ｔ特性を第４図に示す。第３図、第４図から
も明らかなように、高温において、従来の室温タ
イプの水素吸蔵合金では得られなかつた水素平衡
圧のプラトー性能とヒステリシス性能を有してお
り、また水素吸蔵量および反応速度も従来の合金
系と同等以上であつた。 発明の効果 以上のべたように、本発明の水素吸蔵合金は、
100℃以上の高温においても、水素吸蔵量が多く、
Ｐ−Ｃ−Ｔ特性のプラトー性能やヒステリシス性
能も良好であるから、有効水素移動量が大きく、
そのため、同等性能を得るために必要な合金量が
少なくてよい。しかも、短時間で、効率よく水素
吸蔵、水素放出反応を行なうことが可能である。
従つて、特に、金属水素化物ヒートポンプ、蓄熱
材、温度センサー等の熱応用装置には、最適の水
素吸蔵合金である。
元系合金の状態図はまだ完全なものが得られてい
ないが、今までにかなり詳細に調べられている。
それらのなかから、R.P.Elliottによつて調べられ
たものを第２図に示す。この図によれば、ラーバ
ス相のC14型構造を有する金属間化合物ZrMn2
が、固一液線のピークである約1340℃付近に示さ
れている。このZrMn2は、かなり安定な合金相で
あり、Zr量がZrMn2組成から多少ずれても、C14
型ラーバス相を有するZrMn2相は形成される。第
２図および試料のＸ線解析より、ZrMn1.6（38.46
原子％）〜ZrMn3（25原子％）の範囲内であれば、
多少の不均質相は混在するものの、母相は実質的
にC14型のラーバス相となることがわかつた。し
かも都合の良いことにZr量の割合の減少に比例
して、ほぼ直線的に、水素解離平衡圧は上昇し、
本合金系ではα＝1.6〜3.0であれば、Zr量によつ
て、所望の平衡圧を有する合金を、任意に設計し
うる。 なお、好ましくは、α＝1.9〜2.1であり、この
範囲では、Ｐ−Ｃ−Ｔ特性のプラトー域の平坦性
が極めて良好で、有効水素移動量も多い。 次に、ｘ値の範囲についてのべる。本発明の合
金においては、MnのＭ元素の置換割合が大きく
なればなるほど、結晶格子定数ａ、ｃが減少し、
その結果、一定温度で吸蔵水素量は減少する。ま
た、置換割合ｘが小さすぎると、水素吸蔵圧と放
出圧とのヒステリシス幅が小さくならない。特に
100℃以上の高温において、金属水素化物の水素
化と脱水素化の反応熱を利用する用途には、有効
水素移動量が大きくすることが大切であり、この
量が、熱利用効率と、システムの大きさ、および
合金使用量を決定する。従つて、Ｐ−Ｃ−Ｔ特性
のヒステリシス幅を小さくし、吸蔵水素量を大き
くして、実質的に、有効水素移動量が実用的な
（吸蔵水素原子の変化量）／（ZrMn〓-xMx）＝1.5
以上を得るためにはｘ＝0.1〜1.5の範囲でなけれ
ばならない。 本発明合金の代表例として、ZrMn1.5Zn0.5水素
化物の250℃におけるＰ−Ｃ−Ｔ特性を第３図に、
またZrMn1.5La0.5水素化物の205℃におけるＰ−
Ｃ−Ｔ特性を第４図に示す。第３図、第４図から
も明らかなように、高温において、従来の室温タ
イプの水素吸蔵合金では得られなかつた水素平衡
圧のプラトー性能とヒステリシス性能を有してお
り、また水素吸蔵量および反応速度も従来の合金
系と同等以上であつた。 発明の効果 以上のべたように、本発明の水素吸蔵合金は、
100℃以上の高温においても、水素吸蔵量が多く、
Ｐ−Ｃ−Ｔ特性のプラトー性能やヒステリシス性
能も良好であるから、有効水素移動量が大きく、
そのため、同等性能を得るために必要な合金量が
少なくてよい。しかも、短時間で、効率よく水素
吸蔵、水素放出反応を行なうことが可能である。
従つて、特に、金属水素化物ヒートポンプ、蓄熱
材、温度センサー等の熱応用装置には、最適の水
素吸蔵合金である。
第１図は水素吸蔵合金の性能を評価するための
水素化物のＰ（水素平衡圧）−Ｃ（水素化物組成）−
Ｔ（温度）特性を示す模式図、第２図はZr−Mn2
元合金状態図、第３図は本発明の一実施例である
ZrMn1.5Cr0.5水素化物のＰ−Ｃ−Ｔ特性を示す
図、第４図は本発明の他の実施例であるZrMn1.5
Ni0.5水素化物のＰ−Ｃ−Ｔ特性を示す図である。
水素化物のＰ（水素平衡圧）−Ｃ（水素化物組成）−
Ｔ（温度）特性を示す模式図、第２図はZr−Mn2
元合金状態図、第３図は本発明の一実施例である
ZrMn1.5Cr0.5水素化物のＰ−Ｃ−Ｔ特性を示す
図、第４図は本発明の他の実施例であるZrMn1.5
Ni0.5水素化物のＰ−Ｃ−Ｔ特性を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一般式ZrMn〓-xMxで示され、α＝1.6〜3.0、
ｘ＝0.1〜1.5であり、かつＭがMg、Ca、Zn、Si、
Hf、Sn、La及びCeよりなる群から選ばれた少な
くとも１種の元素であることを特徴とする水素吸
蔵合金。 ２ α＝1.9〜2.1である特許請求の範囲第１項記
載の水素吸蔵合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59171967A JPS6152336A (ja) | 1984-08-18 | 1984-08-18 | 水素吸蔵合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59171967A JPS6152336A (ja) | 1984-08-18 | 1984-08-18 | 水素吸蔵合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6152336A JPS6152336A (ja) | 1986-03-15 |
| JPH0247535B2 true JPH0247535B2 (ja) | 1990-10-22 |
Family
ID=15933074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59171967A Granted JPS6152336A (ja) | 1984-08-18 | 1984-08-18 | 水素吸蔵合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6152336A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61276945A (ja) * | 1985-06-03 | 1986-12-06 | Nippon Yakin Kogyo Co Ltd | ジルコニウム系水素吸蔵合金 |
| JPS63286547A (ja) * | 1987-05-18 | 1988-11-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 水素吸蔵合金 |
| JPH0196347A (ja) * | 1987-10-08 | 1989-04-14 | Sanyo Electric Co Ltd | 水素吸蔵合金 |
| JPH01108341A (ja) * | 1987-10-20 | 1989-04-25 | Sanyo Electric Co Ltd | 水素吸蔵合金 |
| JPH02179837A (ja) * | 1988-12-29 | 1990-07-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素吸蔵合金の製造法および電極 |
| JPH02107740A (ja) * | 1988-10-18 | 1990-04-19 | Sanyo Electric Co Ltd | 水素吸蔵合金 |
| JPH02209447A (ja) * | 1989-02-07 | 1990-08-20 | Sanyo Electric Co Ltd | 水素吸蔵合金 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5677355A (en) * | 1980-12-01 | 1981-06-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Metallic material for storing hydrogen |
| JPS5693846A (en) * | 1979-12-14 | 1981-07-29 | Agency Of Ind Science & Technol | Alloy for hydrogen occlusion |
-
1984
- 1984-08-18 JP JP59171967A patent/JPS6152336A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5693846A (en) * | 1979-12-14 | 1981-07-29 | Agency Of Ind Science & Technol | Alloy for hydrogen occlusion |
| JPS5677355A (en) * | 1980-12-01 | 1981-06-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Metallic material for storing hydrogen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6152336A (ja) | 1986-03-15 |
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