JPH0689434B2 - 水素吸蔵合金 - Google Patents
水素吸蔵合金Info
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- JPH0689434B2 JPH0689434B2 JP60235118A JP23511885A JPH0689434B2 JP H0689434 B2 JPH0689434 B2 JP H0689434B2 JP 60235118 A JP60235118 A JP 60235118A JP 23511885 A JP23511885 A JP 23511885A JP H0689434 B2 JPH0689434 B2 JP H0689434B2
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- Japan
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- hydrogen
- alloy
- hydrogen storage
- storage alloy
- alloys
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- 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
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は水素吸蔵合金に関し、特に水素を金属水素化
合物として貯蔵するZr,Fe,Cr系の水素吸蔵合金に関す
る。
合物として貯蔵するZr,Fe,Cr系の水素吸蔵合金に関す
る。
《従来の技術》 水素は酸素と爆発的に反応し、生成されるものが水だけ
であって、公害のないクリーンエネルギーとして注目さ
れている。
であって、公害のないクリーンエネルギーとして注目さ
れている。
水素をエネルギー源として使用する場合、従来から気体
ないしは液体の状態で貯蔵されていたが、近時固体化さ
れた状態で貯蔵する水素吸蔵合金が提供されている。
ないしは液体の状態で貯蔵されていたが、近時固体化さ
れた状態で貯蔵する水素吸蔵合金が提供されている。
この種の水素吸蔵合金は、水素を金属水素化合物として
貯蔵し、温度あるいは圧力を制御することで、水素の吸
蔵・放出と発熱反応と吸熱反応とをそれぞれ可逆的に進
行できるという特質がある。
貯蔵し、温度あるいは圧力を制御することで、水素の吸
蔵・放出と発熱反応と吸熱反応とをそれぞれ可逆的に進
行できるという特質がある。
ところで、実用的な水素吸蔵合金に要求される特性は、
安価であって、活性化が容易で、単位重量当たりの水素
吸蔵量が多く、水素との反応が速く、しかも反応時の圧
力や温度ができるだけ低い方が望ましい。
安価であって、活性化が容易で、単位重量当たりの水素
吸蔵量が多く、水素との反応が速く、しかも反応時の圧
力や温度ができるだけ低い方が望ましい。
例えば自動車に搭載するエネルギー源としては、10気圧
以下で170℃以下の温度で使用できることが望ましい。
以下で170℃以下の温度で使用できることが望ましい。
現在提供されている水素吸蔵合金としては、希土類系合
金,Mg系合金,Ti系合金などがある。
金,Mg系合金,Ti系合金などがある。
《発明が解決しようとする問題点》 上記した各系の水素吸蔵合金には、それぞれ以下に示す
如き問題があって実用化が難しい。
如き問題があって実用化が難しい。
すなわち、希土類系合金、例えばLaNi5は高価であり、
また、Mg系合金、例えばMg2Niは低温での反応速度が遅
いという欠点があった。
また、Mg系合金、例えばMg2Niは低温での反応速度が遅
いという欠点があった。
さらに、Ti系合金例えばTiFeは活性化が困難であって、
水素の吸蔵に数百度以上の加熱を必要とするなどの問題
があった。
水素の吸蔵に数百度以上の加熱を必要とするなどの問題
があった。
この発明はこのような背景に鑑みてなされたものであっ
て、その目的とするところは、金属水素化合物としての
水素吸蔵量が多く、しかも合金組成の原子数を変えるこ
とで低温から高温までの広い温度範囲で水素を容易に放
出し、且つ、水素との反応が速い、安価な水素吸蔵合金
を提供することにある。
て、その目的とするところは、金属水素化合物としての
水素吸蔵量が多く、しかも合金組成の原子数を変えるこ
とで低温から高温までの広い温度範囲で水素を容易に放
出し、且つ、水素との反応が速い、安価な水素吸蔵合金
を提供することにある。
《問題点を解決するための手段及び作用》 上記目的を達成するため、この発明は水素吸蔵合金にお
いて、一般式Zr(Fe1-xCrx)2で表わされる組成を有し、
該一般式中のｘが0.15≦ｘ≦0.8の範囲内の数からなる
ことを特徴としている。
いて、一般式Zr(Fe1-xCrx)2で表わされる組成を有し、
該一般式中のｘが0.15≦ｘ≦0.8の範囲内の数からなる
ことを特徴としている。
上記構成の水素吸蔵合金は、アルゴンなどの不活性ガス
の雰囲気中で通常の合金製造法、例えばアークメルト法
などにより、Zr,Fe,Crの原料金属の単相体を、所定の配
合比として溶融することにより容易に製造することがで
きる。
の雰囲気中で通常の合金製造法、例えばアークメルト法
などにより、Zr,Fe,Crの原料金属の単相体を、所定の配
合比として溶融することにより容易に製造することがで
きる。
従って、この発明の水素吸蔵合金は、比較的安価なZr,F
e,Crから構成されているため、希土類系合金のように高
価にならない。
e,Crから構成されているため、希土類系合金のように高
価にならない。
上記の製造法などにより得られた本発明の水素吸蔵合金
は、全組成域に亘って単相であって、水素の吸蔵により
結晶構造が変化しない。
は、全組成域に亘って単相であって、水素の吸蔵により
結晶構造が変化しない。
また、多くの合金は、溶融後の合金組織を均一にするた
め、一般的にはアニール処理を必要とするが、この発明
の水素吸蔵合金は上述したように溶融することだけで単
相のものが得られるため、アニール処理を必要とせず、
従って製造時間を大幅に短縮できる有利性もある。
め、一般的にはアニール処理を必要とするが、この発明
の水素吸蔵合金は上述したように溶融することだけで単
相のものが得られるため、アニール処理を必要とせず、
従って製造時間を大幅に短縮できる有利性もある。
得られた水素吸蔵合金の活性化は、サンプルセルを密封
容器内に入れて、約30分間真空ポンプで吸引して容器内
を脱気した後、容器内に室温で約30気圧の水素を導入し
て約30分間放置し、合金に水素を吸蔵させて、初期水素
の導入を行なう。
容器内に入れて、約30分間真空ポンプで吸引して容器内
を脱気した後、容器内に室温で約30気圧の水素を導入し
て約30分間放置し、合金に水素を吸蔵させて、初期水素
の導入を行なう。
その後再度真空脱気を行った後水素導入という手順を複
数回繰返すことになるが、例えばZrMn2と比較して活性
化は短時間で行なうことができる。
数回繰返すことになるが、例えばZrMn2と比較して活性
化は短時間で行なうことができる。
ところで、Zr(Fe1-xCrx)2の式で表わされる水素吸蔵合
金は、0.15≦ｘ≦0.8の範囲内では、C14型Hexagonal La
ves相となり水素を良く吸蔵するが、０≦ｘ≦0.1の範囲
内ではC15型Cubic Laves相となり水素を吸蔵しなくな
る。
金は、0.15≦ｘ≦0.8の範囲内では、C14型Hexagonal La
ves相となり水素を良く吸蔵するが、０≦ｘ≦0.1の範囲
内ではC15型Cubic Laves相となり水素を吸蔵しなくな
る。
本発明者らの実験によると、水素吸蔵量は、第１図に示
すように、Ｘ＝１で１ユニットセル当たり水素原子4.2
個で、ｘは減少とともに緩やかに減少して、ｘ＝0.15で
は水素原子3.1個となり、これに超えてｘがさらに減少
すると、水素吸蔵量が急激に低下し、ｘ＝0.05では水素
の吸蔵がほとんど認められなかった。
すように、Ｘ＝１で１ユニットセル当たり水素原子4.2
個で、ｘは減少とともに緩やかに減少して、ｘ＝0.15で
は水素原子3.1個となり、これに超えてｘがさらに減少
すると、水素吸蔵量が急激に低下し、ｘ＝0.05では水素
の吸蔵がほとんど認められなかった。
同図の結果からも明らかなように、単位重量当たりの水
素吸蔵量を考慮すると、Zr(Fe1-xCrx)2で示される合金
では、ｘの下限を0.15とすれば、１ユニットセル当たり
水素原子3.1個以上の大きな吸蔵量が得られる。
素吸蔵量を考慮すると、Zr(Fe1-xCrx)2で示される合金
では、ｘの下限を0.15とすれば、１ユニットセル当たり
水素原子3.1個以上の大きな吸蔵量が得られる。
一方、第２図〜第７図にｘの値を0.2から1.0まで段階的
に変えて製造したZr(Fe1-xCrx)2の各合金の水素平衡圧
と温度および1Molの合金に対する水素の原子数との測定
結果を示しているが、この結果によるとｘの値を変化さ
せれば広範囲な温度領域で実用的な水素吸蔵合金が得ら
れる。
に変えて製造したZr(Fe1-xCrx)2の各合金の水素平衡圧
と温度および1Molの合金に対する水素の原子数との測定
結果を示しているが、この結果によるとｘの値を変化さ
せれば広範囲な温度領域で実用的な水素吸蔵合金が得ら
れる。
なかでも、ｘ＝0.4,0.6のものは、温度が100℃〜200℃
の間で、ヒートポンプとして利用できる良好な特性が得
られ、従来合金の希土類系（120℃以下）,ZrMn2（200℃
以上）の中間温度領域で用いるものとして有用である。
の間で、ヒートポンプとして利用できる良好な特性が得
られ、従来合金の希土類系（120℃以下）,ZrMn2（200℃
以上）の中間温度領域で用いるものとして有用である。
また、ｘ＝0.3の水素吸蔵合金では、約30℃という常温
領域で、プラトー圧（第２図〜第６図に示した各特性図
で水素平衡圧がほぼ一定で吸蔵量のみが増加する部分の
平衡圧）が数気圧程度を示し、しかも有効水素量が合金
１モル当たりの水素原子数で２以上と大きく、水素貯蔵
用として良好な特性を示す。
領域で、プラトー圧（第２図〜第６図に示した各特性図
で水素平衡圧がほぼ一定で吸蔵量のみが増加する部分の
平衡圧）が数気圧程度を示し、しかも有効水素量が合金
１モル当たりの水素原子数で２以上と大きく、水素貯蔵
用として良好な特性を示す。
ところで、上記プラトー圧ないしはプラトー特性は、小
さい圧力変化で大きく水素吸蔵合金が変化し、反応速度
が速いことを示す指標となり、この特性を低い温度でで
きるだけ広い範囲で帯有した合金が望ましい。
さい圧力変化で大きく水素吸蔵合金が変化し、反応速度
が速いことを示す指標となり、この特性を低い温度でで
きるだけ広い範囲で帯有した合金が望ましい。
この点からすると第７図に示したｘ＝1.0の合金ではプ
ラトー特性がほとんど得られず、第６図に示したｘ＝0.
8の合金では130℃という比較的低い温度領域で、これが
認められ、且つ単位モル当たりの水素吸蔵量も１〜２程
度であって、実用上支障がないので、この発明ではｘの
上限を0.8としている。
ラトー特性がほとんど得られず、第６図に示したｘ＝0.
8の合金では130℃という比較的低い温度領域で、これが
認められ、且つ単位モル当たりの水素吸蔵量も１〜２程
度であって、実用上支障がないので、この発明ではｘの
上限を0.8としている。
《実施例》 以下、この発明の好適な実施例について説明する。
（実施例１） 純度99.7％のZr,同99.9％のFe,同99.9％のCrをZr(Fe0.8
Cr0.2)2の組成比すなわち、Zr(Fe1-xCrx)2の組成比でｘ
＝0.2になるように衡量配合し、アルゴン雰囲気中でプ
ラズマトーチによる溶解を４回繰返し、該組成の合金を
製造した。
Cr0.2)2の組成比すなわち、Zr(Fe1-xCrx)2の組成比でｘ
＝0.2になるように衡量配合し、アルゴン雰囲気中でプ
ラズマトーチによる溶解を４回繰返し、該組成の合金を
製造した。
この合金を大豆大の大きさに粗砕後、耐圧容器内の80℃
のオイルバス中にこれを浸漬して、真空脱気と30気圧の
水素加圧とを３回繰返して活性化を行なった。
のオイルバス中にこれを浸漬して、真空脱気と30気圧の
水素加圧とを３回繰返して活性化を行なった。
しかる後、公知の方法により得られた合金の１モル中に
金属水素化物として吸蔵する水素量を測定し、水素平衡
圧等温線として求めたものが第２図である。
金属水素化物として吸蔵する水素量を測定し、水素平衡
圧等温線として求めたものが第２図である。
同図に示す曲線は、温度が０℃,30℃,75℃のものであっ
て、縦軸は水素の平衡圧（気圧）横軸は金属水素化物の
量（水素原子数／合金１モル）を示しており、それぞれ
比較的低い平衡圧１〜20気圧程度で良好なプラトー特性
を示した。
て、縦軸は水素の平衡圧（気圧）横軸は金属水素化物の
量（水素原子数／合金１モル）を示しており、それぞれ
比較的低い平衡圧１〜20気圧程度で良好なプラトー特性
を示した。
（実施例２） 実施例１と同じ方法でｘ＝0.3としたZr(Fe0.7Cr0.3)2の
合金を製造し、同様に活性化処理を施した後、得られた
合金の水素平衡圧等温線を第３図に示す。
合金を製造し、同様に活性化処理を施した後、得られた
合金の水素平衡圧等温線を第３図に示す。
同図に示す曲線は、温度が30℃,75℃,135℃のものであ
って、実施例１とほぼ同じ水素平衡圧で良好なプラトー
特性は得られ、しかも100℃以下で10気圧程度の平衡圧
であるため、実施例１とともに水素貯蔵用として適して
いる。
って、実施例１とほぼ同じ水素平衡圧で良好なプラトー
特性は得られ、しかも100℃以下で10気圧程度の平衡圧
であるため、実施例１とともに水素貯蔵用として適して
いる。
（実施例３） 実施例１と同じ方法で、ｘ＝0.4としたZr(Fe0.6Cr0.4)2
の合金を製造し、同様に活性化処理を施した後、得られ
た合金の水素平衡圧等温線を第４図に示す。
の合金を製造し、同様に活性化処理を施した後、得られ
た合金の水素平衡圧等温線を第４図に示す。
同図に示す曲線は、温度が75℃,121℃,172℃のものであ
って、特に172℃の曲線ではヒステリシス現象がなくな
っており、この条件では水素の吸蔵と放出が完全に可逆
的に行なわれる。
って、特に172℃の曲線ではヒステリシス現象がなくな
っており、この条件では水素の吸蔵と放出が完全に可逆
的に行なわれる。
（実施例4.5） 実施例１と同じ方法で、ｘ＝0.6,0.8［Zr(Fe0.4C
r0.6)2，Zr(Fe0.2Cr0.8)2］の２種類の合金を製造し、
活性化処理後に測定した特性を第５図．第６図に示す。
r0.6)2，Zr(Fe0.2Cr0.8)2］の２種類の合金を製造し、
活性化処理後に測定した特性を第５図．第６図に示す。
これらの組成比においても220℃以下ないしは130℃でプ
ラトー特性を示し、水素平衡圧も10気圧以下であって、
上記実施例と同様な用途に適用できる。
ラトー特性を示し、水素平衡圧も10気圧以下であって、
上記実施例と同様な用途に適用できる。
（比較例１） 上記実施例１と同方法にてｘ＝1.0（ZrCr2）の合金を製
造し、活性化処理後に測定した水素平衡圧等温線を第７
図に示す。
造し、活性化処理後に測定した水素平衡圧等温線を第７
図に示す。
同図からも明らかなように、この組成比の合金では、い
ずれも温度でもプラトー性が認められず、圧力を大きく
あげなければ吸蔵量が増加せず、しかも温度もかなり高
く実用上支障がある。
ずれも温度でもプラトー性が認められず、圧力を大きく
あげなければ吸蔵量が増加せず、しかも温度もかなり高
く実用上支障がある。
なお、第８図に示す水素平衡圧等温線は、従来の水素吸
蔵合金（ZrMn2）のものであって、プラトー特性が認め
られる温度が、本発明の合金よりも高い温度にあること
を比較するために呈示した。
蔵合金（ZrMn2）のものであって、プラトー特性が認め
られる温度が、本発明の合金よりも高い温度にあること
を比較するために呈示した。
また、第９図は30気圧で水素吸蔵を行なわせた時の吸蔵
特性の経時変化を示しており、縦軸は水素原子／合金モ
ル数、横軸は時間（秒）であって、ｘ＝1.0,0.6,0.4の
いずれの合金も、吸蔵が速やかに行なわれ、約３分で飽
和吸蔵量の95％以上に達している。
特性の経時変化を示しており、縦軸は水素原子／合金モ
ル数、横軸は時間（秒）であって、ｘ＝1.0,0.6,0.4の
いずれの合金も、吸蔵が速やかに行なわれ、約３分で飽
和吸蔵量の95％以上に達している。
さらに、第10図はZr(Fe1-xCrx)2で示される合金のｘに
対する生成エンタルピー変化△Ｈを示した図であって、
ｘの増加に伴い△Ｈも増加している。
対する生成エンタルピー変化△Ｈを示した図であって、
ｘの増加に伴い△Ｈも増加している。
《発明の効果》 以上実施例で詳細に説明したように、この発明に係る水
素吸蔵合金によれば、10気圧以下の水素平衡圧（解離
圧）において、小さな圧力の変化で水素との反応速度が
速く、また10気圧以下の水素平衡圧において水素吸蔵量
が多く、これらの特性が得られる温度が低いため、合金
を収納する容器の熱劣化が発生せず、極めて実用的であ
る。
素吸蔵合金によれば、10気圧以下の水素平衡圧（解離
圧）において、小さな圧力の変化で水素との反応速度が
速く、また10気圧以下の水素平衡圧において水素吸蔵量
が多く、これらの特性が得られる温度が低いため、合金
を収納する容器の熱劣化が発生せず、極めて実用的であ
る。
また、Zr,Fe,Crを原料としているため、希土類系合金よ
りも安価となる。
りも安価となる。
第１図は本発明の水素吸蔵合金のｘと１ユニットセル当
たりの水素吸蔵量（水素原子数）との関係を示す図、第
２図から第６図はこの発明の第１実施例から第５実施例
までの水素平衡圧と合金１モル当たりの水素原子数との
関係を一定温度で測定したそれぞれの特性図、第７図お
よび第８図は比較例および従来例のそれぞれの特性図、
第９図は本発明合金および比較例合金の水素吸蔵量の経
時変化を示す図、第10図はｘとエンタルピー変化の関係
を示す図である。
たりの水素吸蔵量（水素原子数）との関係を示す図、第
２図から第６図はこの発明の第１実施例から第５実施例
までの水素平衡圧と合金１モル当たりの水素原子数との
関係を一定温度で測定したそれぞれの特性図、第７図お
よび第８図は比較例および従来例のそれぞれの特性図、
第９図は本発明合金および比較例合金の水素吸蔵量の経
時変化を示す図、第10図はｘとエンタルピー変化の関係
を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】一般式Zr（Fe1-xCrx)2で表わされる組成を
有し、該一般式中のｘが0.15≦ｘ≦0.8の範囲内の数か
らなることを特徴とする水素吸蔵合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60235118A JPH0689434B2 (ja) | 1985-10-23 | 1985-10-23 | 水素吸蔵合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60235118A JPH0689434B2 (ja) | 1985-10-23 | 1985-10-23 | 水素吸蔵合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6296632A JPS6296632A (ja) | 1987-05-06 |
| JPH0689434B2 true JPH0689434B2 (ja) | 1994-11-09 |
Family
ID=16981321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60235118A Expired - Lifetime JPH0689434B2 (ja) | 1985-10-23 | 1985-10-23 | 水素吸蔵合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0689434B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018035397A (ja) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 株式会社神戸製鋼所 | 水素吸蔵合金および水素精製装置 |
| CN110042304A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-07-23 | 宁夏大学 | 一种高压金属氢化物复合储氢罐用高平台压储氢合金 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60131942A (ja) * | 1983-11-21 | 1985-07-13 | コツパース コムパニー インコーポレーテツド | 超化学量合金の水素貯蔵材料 |
-
1985
- 1985-10-23 JP JP60235118A patent/JPH0689434B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60131942A (ja) * | 1983-11-21 | 1985-07-13 | コツパース コムパニー インコーポレーテツド | 超化学量合金の水素貯蔵材料 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6296632A (ja) | 1987-05-06 |
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