JPH09316571A - 水素吸蔵合金 - Google Patents

水素吸蔵合金

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JPH09316571A
JPH09316571A JP8127263A JP12726396A JPH09316571A JP H09316571 A JPH09316571 A JP H09316571A JP 8127263 A JP8127263 A JP 8127263A JP 12726396 A JP12726396 A JP 12726396A JP H09316571 A JPH09316571 A JP H09316571A
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JP
Japan
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alloy
hydrogen
hydrogen storage
centered cubic
tia
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Pending
Application number
JP8127263A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshio Morita
芳雄 盛田
Satoshi Kuranaka
聡 倉中
Koji Gamo
孝治 蒲生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水素吸蔵放出能が高く、反応速度の速い体心
立方構造の水素吸蔵合金を提供することを目的とする。 【解決手段】 式(TiaZr1-ab1-b、(Tia
1-ab1-b、(TiaZr1-abNb1-bまたは(T
aCr1-abNb1-b(ただし、前記式中0≦a<1、
0≦b<1である。)で表される体心立方構造合金から
なり、かつ、Snを10原子%以内含む水素吸蔵合金。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、可逆的に水素を吸
蔵・放出することができ、水素エネルギー利用のために
有効な機能性材料である水素吸蔵合金に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、水素吸蔵合金に具備することが
望まれる性質として、活性化が容易であること、水素吸
蔵量が多いこと、水素吸蔵放出曲線のプラトー領域の幅
が広く傾斜が小さくヒステリシスが小さいこと、操作温
度に適した生成熱を有すること、水素の吸蔵放出速度が
大きいこと、不純物に対する被毒に強いこと、良好な熱
伝導性を持っていること等があげられる。これらの中で
特に重要な条件としては、水素吸蔵量が多いことであ
る。よく知られているように、RNi5系合金(R:L
aもしくはミッシュメタル)が、比較的大きな放電容量
をもつ水素吸蔵合金であるところから、ニッケル−水素
蓄電池の負極物質として実用化されている。LaNi5
合金は、水素吸蔵量が1.4wt%、平衡水素吸蔵放出
圧が室温で0.2〜0.3MPaであり、扱い易く、室
温付近で水素を吸蔵放出することができる。
【0003】一方、C14型、C15型、またはC36
型結晶構造のラーベス相合金が、水素吸蔵合金として従
来から調べられており、Ti−Mn系をはじめとして多
くのラーベス相合金の報告がある。このラーベス相合金
は、その最大水素吸蔵量が2.0wt%と高い。また、
最大水素吸蔵量の増加が見込まれる合金として、体心立
方構造(以下bcc構造という)を有した材料が着目さ
れている。代表的なbcc金属であるバナジウム(V)
の場合、最大水素吸蔵量は4wt%であり、この値は先
のLaNi5合金の約2.9倍である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】水素吸蔵合金をいずれ
の用途に用いる場合にも、使用温度における水素吸蔵放
出能が大きいことが望まれる。しかしながら、上記の最
大吸蔵量の高いV金属は、室温で4wt%の吸蔵放出能
を有するが、反応速度が極めて遅いという欠点があり、
このため実際には使用することができないのが現状であ
る。本発明は、このような点に鑑み、扱い易く水素吸蔵
放出能が高く、反応速度も速い水素吸蔵合金を提供する
ことを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の問題点
を解決するために、結晶構造学的な考察を加えながら新
規の合金を設計して実験を行い見いだした結果に基づく
ものである。金属結晶構造中に水素原子が入り込む場
合、水素原子は結晶構造の侵入型サイトに位置すること
が知られている。この場合、水素原子が入り得る最大の
サイト数(H)と構成金属原子数(M)の比H/Mは、
面心立方構造においてはH/M=3であり、体心立方構
造(bcc構造)においてはH/M=9であり、ちょう
密六方構造においてはH/M=2.7である。このこと
から体心立方構造の合金がより多くの水素を吸蔵するこ
とが期待できる。しかしながら、水素原子の入りこめる
サイトが多いbcc構造の合金は、逆に表面界面におい
ては水素分子を原子に分解して結晶中に取り込む表面活
性度が弱く、結果的に反応速度が極めて遅いという欠点
がある。このため、bcc構造を維持しながら表面活性
度を高める添加元素を検討したところ、Snが適してい
ることがわかった。このSnの添加により、反応速度を
速めることができた。
【0006】本発明の水素吸蔵合金は、式(TiaZr
1-ab1-b、(TiaCr1-ab1 -b、(TiaZr
1-abNb1-bまたは(TiaCr1-abNb1-b(ただ
し、前記式中0≦a<1、0≦b<1である。)で表さ
れる体心立方構造合金からなり、かつ、Snを10原子
%以内含むことを特徴とする。本発明の合金において
は、室温において安定にbcc構造を形成して水素吸蔵
能を高めるとともに、適量のSn含有によって反応速度
も高めているので、水素吸蔵放出能が高く、反応速度も
高い水素吸蔵合金を実現することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【実施例】
《実施例1》図1は本実施例におけるTi0.1Zr0.1
0.8Sn0.05水素吸蔵合金の室温における反応速度図で
ある。横軸は時間、縦軸は水素吸蔵量、すなわち、水素
吸蔵により増加した合金重量を表す。単体の純度99.
7%のV金属を20.17g、単体の純度99.5%の
Ti金属を2.37g、単体の純度99.5%のZr金
属を4.52g、および単体の純度5NのSn金属を
2.94gそれぞれ秤量した。これらの金属を、アルゴ
ン雰囲気中においてアーク溶解炉で一緒に溶かして合金
化させた。その際、インゴットを上下に反転させながら
5回程度再溶解して、均質に合金化されるようにした。
得られたボタンインゴットをそのまま(as−cas
t)粉砕して水素化速度測定試料とした。
【0008】水素化速度測定試験は、水素吸蔵合金が水
素ガスと反応して吸蔵する速度の特性を数量化する測定
方法であり、反応速度測定装置を用いた。活性化は50
0℃で2時間真空引きすることによっておこなった。図
1からわかるように、Sn無添加合金では最大吸蔵量の
4wt%に達するのに約5分かかるが、Sn添加合金で
は最大吸蔵量の4wt%に達するのに約2分と大幅に反
応速度が向上した。この値はLaNi5合金あるいはラ
ーベス相合金等と比べても同等のレベルである。このよ
うに本発明によって、今までbcc合金において最大の
欠点であった反応速度を実用レベルまで高めることが可
能となった。これらの効果は、いずれのTi−Zr−V
系bcc合金においても同様であった。
【0009】《実施例2》図2は本実施例におけるTi
0.4Cr0.30.3Sn0.05水素吸蔵合金の室温における
反応速度図である。単体の純度99.5%のTi金属を
10.27g、単体の純度99.5%のCr金属を8.
36g、単体の純度99.7%のV金属を8.19g、
単体の純度5NのSn金属を3.18g秤量し、これら
をアルゴン雰囲気中においてアーク溶解炉で一緒に溶か
して合金化させた。その際、インゴットを上下に反転さ
せながら5回程度再溶解して均質に合金化されるように
した。得られたボタンインゴットをアルゴン中において
1300℃で24時間の均質化熱処理を行った。熱処理
後、合金を粉砕して水素化速度測定試料とした。実施例
1と同様の水素化速度測定試験を行った結果を図2に示
す。Sn無添加合金では、最大吸蔵量の3.6wt%に
達するのに約5分かかるが、Sn添加合金では、最大吸
蔵量の3.6wt%に達するのに約2分と大幅に反応速
度が向上した。この値はLaNi5合金あるいはラーベ
ス相合金等と同等のレベルである。これらの効果は、い
ずれのTi−Cr−V系bcc合金においても同様であ
った。
【0010】《実施例3》図3は本実施例におけるTi
0.1Zr0.1Nb0.8Sn0.05水素吸蔵合金の室温におけ
る反応速度図である。単体の純度99.9%のNb金属
を23.68g、単体の純度99.5%のTi金属を
1.53g、単体の純度99.5%のZr金属を2.9
0g、単体の純度5NのSn金属を1.89g秤量し、
これらをアルゴン雰囲気中においてアーク溶解炉で一緒
に溶かして合金化させた。その際、インゴットを上下に
反転させながら5回程度再溶解して均質に合金化される
ようにした。得られたボタンインゴットをそのまま粉砕
して水素化速度測定試料とした。実施例1と同様の水素
化速度測定試験を行った結果を図3に示す。Sn無添加
合金では、最大吸蔵量の4wt%に達するのに約5分か
かるが、Sn添加合金では、最大吸蔵量の4wt%に達
するのに約2分と大幅に反応速度が向上した。この値は
LaNi5合金あるいはラーベス相合金等と同等のレベ
ルである。これらの効果は、いずれのTi−Zr−Nb
系bcc合金においても同様であった。
【0011】《実施例4》図4は本実施例におけるTi
0.4Cr0.3Nb0.3Sn0.05水素吸蔵合金の室温におけ
る反応速度図である。単体の純度99.5%のTi金属
を8.38、単体の純度99.5%のCr金属を6.8
2g、単体の純度99.9%のNb金属を12.20
g、単体の純度5NのSn金属を2.60g秤量し、こ
れらをアルゴン雰囲気中においてアーク溶解炉で一緒に
溶かして合金化させた。その際、インゴットを上下に反
転させながら5回程度再溶解して均質に合金化されるよ
うにした。得られたボタンインゴットをアルゴン中で1
300℃で24時間の均質化熱処理を行った。熱処理後
合金を粉砕して水素化速度測定試料とした。実施例1と
同様の水素化速度測定試験を行った結果を図4に示す。
Sn無添加合金では、最大吸蔵量の3.6wt%に達す
るのに約5分かかるが、Sn添加合金では、最大吸蔵量
の3.6wt%に達するのに約2分と大幅に反応速度が
向上した。この値はLaNi5合金あるいはラーベス相
合金等と同等のレベルである。これらの効果は、いずれ
のTi−Cr−Nb系bcc合金においても同様であっ
た。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
水素吸蔵放出能が高く反応速度の速い体心立方構造の水
素吸蔵合金を実現することができる。この理由は、合金
が室温において安定に体心立方構造を形成して水素吸蔵
を高めるとともに、適量のSn含有によって反応速度も
高めたことによる。本発明によって、従来以上の多量の
水素吸蔵放出が求められる水素吸蔵合金利用エネルギー
関連技術分野において性能向上を図ることができ、その
実用的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるbcc系水素吸蔵合
金の室温における反応速度図である。
【図2】本発明の他の実施例のbcc系水素吸蔵合金の
室温における反応速度図である。
【図3】本発明の他の実施例のbcc系水素吸蔵合金の
室温における反応速度図である。
【図4】本発明の他の実施例のbcc系水素吸蔵合金の
室温における反応速度図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 式(TiaZr1-ab1-b(0≦a≦
    1,0≦b≦1)で表される体心立方構造合金からな
    り、かつ、Snを10原子%以内含むことを特徴とする
    水素吸蔵合金。
  2. 【請求項2】 式(TiaCr1-ab1-b(0≦a<
    1,0≦b≦1)で表される体心立方構造合金からな
    り、かつ、Snを10原子%以内含むことを特徴とする
    水素吸蔵合金。
  3. 【請求項3】 式(TiaZr1-abNb1-b(0≦a≦
    1,0≦b<1)で表される体心立方構造合金からな
    り、かつ、Snを10原子%以内含むことを特徴とする
    水素吸蔵合金。
  4. 【請求項4】 式(TiaCr1-abNb1-b(0≦a<
    1,0≦b<1)で表される体心立方構造合金からな
    り、かつ、Snを10原子%以内含むことを特徴とする
    水素吸蔵合金。
JP8127263A 1996-05-22 1996-05-22 水素吸蔵合金 Pending JPH09316571A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0867956A1 (en) * 1997-03-24 1998-09-30 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Hydrogen storage alloy electrode
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JP2011521179A (ja) * 2008-05-15 2011-07-21 コミサリア ア レネルジー アトミック エ オ ゼネルジー アルテルナティブ 金属水素化物を用いた水素タンクの製造方法

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