JPH0949034A - 水素吸蔵合金の製造方法 - Google Patents
水素吸蔵合金の製造方法Info
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- JPH0949034A JPH0949034A JP20483395A JP20483395A JPH0949034A JP H0949034 A JPH0949034 A JP H0949034A JP 20483395 A JP20483395 A JP 20483395A JP 20483395 A JP20483395 A JP 20483395A JP H0949034 A JPH0949034 A JP H0949034A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 少なくともVとNiなどを含む3種以上の元
素からなる体心立方構造を有する水素吸蔵合金を安価
に、かつ均質性の高い合金として得る製造方法を提供す
る。 【解決手段】 少なくともVとNiを含む3種以上の元
素からなる体心立方構造を有する水素吸蔵合金の場合、
出発原料としてV−Ni合金を用いる。また、少なくと
もTiとVを含む3種以上の元素からなる体心立方構造
を有する水素吸蔵合金の場合、出発原料としてTi−V
合金を用いる。さらに、少なくともVとFeを含む3種
以上の元素からなる体心立方構造を有する水素吸蔵合金
の場合、出発原料としてFe−V合金を用いる。
素からなる体心立方構造を有する水素吸蔵合金を安価
に、かつ均質性の高い合金として得る製造方法を提供す
る。 【解決手段】 少なくともVとNiを含む3種以上の元
素からなる体心立方構造を有する水素吸蔵合金の場合、
出発原料としてV−Ni合金を用いる。また、少なくと
もTiとVを含む3種以上の元素からなる体心立方構造
を有する水素吸蔵合金の場合、出発原料としてTi−V
合金を用いる。さらに、少なくともVとFeを含む3種
以上の元素からなる体心立方構造を有する水素吸蔵合金
の場合、出発原料としてFe−V合金を用いる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素の吸蔵・放出
を可逆的に行える水素吸蔵合金の製造方法に関するもの
で、特に水素の貯蔵・輸送、ヒートポンプ、アルカリ蓄
電池の負極材料などに用いられる水素吸蔵合金の製造方
法に関する。
を可逆的に行える水素吸蔵合金の製造方法に関するもの
で、特に水素の貯蔵・輸送、ヒートポンプ、アルカリ蓄
電池の負極材料などに用いられる水素吸蔵合金の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】水素の貯蔵・輸送、ヒートポンプ、アル
カリ蓄電池の負極材料などに用いられる水素吸蔵合金と
しては、LaNi5で代表されるAB5タイプ(A:L
a、Zr、Tiなどの水素との親和性の大きい元素、
B:Ni、Mn、Crなどの遷移元素)やZrMn2で
代表されるAB2タイプなどがある。この中で、AB5タ
イプのLa(またはMm)−Ni系の多元系合金は、近
年電極材料として多くの開発が進められており、特にM
m−Ni系の多元系合金はすでに実用化されている。し
かし、このようなAB5タイプの合金は、理論的には水
素と合金の原子比H/M=1までしか水素を吸蔵するこ
とができない。これに対して、体心立方構造を有するT
i−V系の水素吸蔵合金は、さらに大きな水素吸蔵量を
持つ合金として注目されている。このような水素吸蔵合
金は、通常、ルツボの中に成分原材料の各単体金属を所
定の原子比で配合して準備し、アーク溶解炉あるいは高
周波誘導加熱炉等を用いて、アルゴンなどの不活性ガス
雰囲気中においてルツボ内で直接溶解するという製造方
法が採用されている。
カリ蓄電池の負極材料などに用いられる水素吸蔵合金と
しては、LaNi5で代表されるAB5タイプ(A:L
a、Zr、Tiなどの水素との親和性の大きい元素、
B:Ni、Mn、Crなどの遷移元素)やZrMn2で
代表されるAB2タイプなどがある。この中で、AB5タ
イプのLa(またはMm)−Ni系の多元系合金は、近
年電極材料として多くの開発が進められており、特にM
m−Ni系の多元系合金はすでに実用化されている。し
かし、このようなAB5タイプの合金は、理論的には水
素と合金の原子比H/M=1までしか水素を吸蔵するこ
とができない。これに対して、体心立方構造を有するT
i−V系の水素吸蔵合金は、さらに大きな水素吸蔵量を
持つ合金として注目されている。このような水素吸蔵合
金は、通常、ルツボの中に成分原材料の各単体金属を所
定の原子比で配合して準備し、アーク溶解炉あるいは高
周波誘導加熱炉等を用いて、アルゴンなどの不活性ガス
雰囲気中においてルツボ内で直接溶解するという製造方
法が採用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のTi−V系の水
素吸蔵合金を製造する場合、出発原料として単体のV金
属を用いて溶解すると、溶液状態でルツボと反応した
り、他元素との蒸気圧の違いから組成ずれを起こしたり
し、望ましい組成の均質な合金を得ることが難しい。ま
た、単体のV金属は、その製造において煩雑な精製工程
を必要とするため、材料価格が高価であり、合金製造コ
ストが非常に高くなる。したがって、Vを含有する水素
吸蔵合金の製造においては、実用性および経済性の点か
ら単体のV金属を用いない方法が望まれており、AB2
タイプの水素吸蔵合金の製造方法においては、例えばフ
ェロバナジウム(Fe−V)を用いる方法(特開平2−
10659)が提案されている。本発明は、以上に鑑
み、製造コストが安く、均質性の高い、体心立方構造を
有する水素吸蔵合金の製造方法を提供することを目的と
する。
素吸蔵合金を製造する場合、出発原料として単体のV金
属を用いて溶解すると、溶液状態でルツボと反応した
り、他元素との蒸気圧の違いから組成ずれを起こしたり
し、望ましい組成の均質な合金を得ることが難しい。ま
た、単体のV金属は、その製造において煩雑な精製工程
を必要とするため、材料価格が高価であり、合金製造コ
ストが非常に高くなる。したがって、Vを含有する水素
吸蔵合金の製造においては、実用性および経済性の点か
ら単体のV金属を用いない方法が望まれており、AB2
タイプの水素吸蔵合金の製造方法においては、例えばフ
ェロバナジウム(Fe−V)を用いる方法(特開平2−
10659)が提案されている。本発明は、以上に鑑
み、製造コストが安く、均質性の高い、体心立方構造を
有する水素吸蔵合金の製造方法を提供することを目的と
する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくともV
とNiを含む3種以上の元素からなる体心立方構造を有
する水素吸蔵合金の製造方法において、出発原料として
V−Ni合金を用いるものである。また、本発明は、少
なくともTiとVを含む3種以上の元素からなる体心立
方構造を有する水素吸蔵合金の製造方法において、出発
原料としてTi−V合金を用いるものである。上記製造
方法においては、前記水素吸蔵合金が、一般式TixVy
MzNi1-x-y -z(ただし、MはCr、Mn、Fe、C
o、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、
Ta、W、Al、Si、P、B、および希土類元素から
なる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、0.
2≦x≦0.4、0.3≦y≦0.6、0≦z≦0.
3)で示される合金であることが望ましい。
とNiを含む3種以上の元素からなる体心立方構造を有
する水素吸蔵合金の製造方法において、出発原料として
V−Ni合金を用いるものである。また、本発明は、少
なくともTiとVを含む3種以上の元素からなる体心立
方構造を有する水素吸蔵合金の製造方法において、出発
原料としてTi−V合金を用いるものである。上記製造
方法においては、前記水素吸蔵合金が、一般式TixVy
MzNi1-x-y -z(ただし、MはCr、Mn、Fe、C
o、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、
Ta、W、Al、Si、P、B、および希土類元素から
なる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、0.
2≦x≦0.4、0.3≦y≦0.6、0≦z≦0.
3)で示される合金であることが望ましい。
【0005】さらに、本発明は、少なくともVとFeを
含む3種以上の元素からなる体心立方構造を有する水素
吸蔵合金の製造方法において、出発原料としてFe−V
合金を用いるものである。この製造方法においては、前
記水素吸蔵合金が、一般式TixVyMzFeaNi
1-x-y-z-a(ただし、MはCr、Mn、Co、Cu、Z
n、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、A
l、Si、P、B、および希土類元素からなる群より選
ばれる少なくとも一種の元素であり、0.2≦x≦0.
4、0.3≦y≦0.6、0≦z≦0.3、0<a≦
0.2)で示される合金であることが望ましい。
含む3種以上の元素からなる体心立方構造を有する水素
吸蔵合金の製造方法において、出発原料としてFe−V
合金を用いるものである。この製造方法においては、前
記水素吸蔵合金が、一般式TixVyMzFeaNi
1-x-y-z-a(ただし、MはCr、Mn、Co、Cu、Z
n、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、A
l、Si、P、B、および希土類元素からなる群より選
ばれる少なくとも一種の元素であり、0.2≦x≦0.
4、0.3≦y≦0.6、0≦z≦0.3、0<a≦
0.2)で示される合金であることが望ましい。
【0006】いずれの製造方法においても、前記水素吸
蔵合金に含まれる硫黄が0.15重量%以下であること
が好ましい。また、合金材料を溶解後、103〜107℃
/秒の冷却速度で急冷することが好ましい。
蔵合金に含まれる硫黄が0.15重量%以下であること
が好ましい。また、合金材料を溶解後、103〜107℃
/秒の冷却速度で急冷することが好ましい。
【0007】本発明の水素吸蔵合金の製造方法において
は、少なくともVとNiを含む3種以上の元素からなる
体心立方構造を有する水素吸蔵合金の場合、出発原料と
してV−Ni合金を用いる。また、少なくともTiとV
を含む3種以上の元素からなる体心立方構造を有する水
素吸蔵合金の場合、出発原料としてTi−V合金を用い
る。さらに、少なくともVとFeを含む3種以上の元素
からなる体心立方構造を有する水素吸蔵合金の場合、出
発原料としてFe−V合金を用いる。これらの方法によ
れば、従来のV単体金属を用いて溶解・作製した場合に
比べて製造コストが安く、均質性の向上した合金が得ら
れる。V金属は、その製造において煩雑な精製工程を必
要とするため、材料価格が高価である。しかし、V−N
i合金、Ti−V合金、あるいはFe−V合金は前記精
製工程の途中段階で得られるため、V金属と比べると材
料価格は非常に安価である。例えば、Fe−V合金の場
合、精製途中の五酸化バナジウムをテルミット還元する
ことにより得られる。したがって、V−Ni合金、Ti
−V合金あるいはFe−V合金を用いて合金を作製する
と製造コストが非常に安くなり、単体のV金属を用いて
作製した場合に比べて1/2以下に下げることができ
る。
は、少なくともVとNiを含む3種以上の元素からなる
体心立方構造を有する水素吸蔵合金の場合、出発原料と
してV−Ni合金を用いる。また、少なくともTiとV
を含む3種以上の元素からなる体心立方構造を有する水
素吸蔵合金の場合、出発原料としてTi−V合金を用い
る。さらに、少なくともVとFeを含む3種以上の元素
からなる体心立方構造を有する水素吸蔵合金の場合、出
発原料としてFe−V合金を用いる。これらの方法によ
れば、従来のV単体金属を用いて溶解・作製した場合に
比べて製造コストが安く、均質性の向上した合金が得ら
れる。V金属は、その製造において煩雑な精製工程を必
要とするため、材料価格が高価である。しかし、V−N
i合金、Ti−V合金、あるいはFe−V合金は前記精
製工程の途中段階で得られるため、V金属と比べると材
料価格は非常に安価である。例えば、Fe−V合金の場
合、精製途中の五酸化バナジウムをテルミット還元する
ことにより得られる。したがって、V−Ni合金、Ti
−V合金あるいはFe−V合金を用いて合金を作製する
と製造コストが非常に安くなり、単体のV金属を用いて
作製した場合に比べて1/2以下に下げることができ
る。
【0008】また、V−Ni合金、Ti−V合金または
Fe−V合金を用いれば、他の元素とうまく固溶し合う
ので、均質性の高い水素吸蔵合金が得られる。特に、一
般式TixVyMzNi1-x-y-z(ただし、MはCr、M
n、Fe、Co、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、
Ag、Hf、Ta、W、Al、Si、P、B、および希
土類元素からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素
であり、0.2≦x≦0.4、0.3≦y≦0.6、0
≦z≦0.3)で示される水素吸蔵合金、あるいは、一
般式TixVyMzFeaNi1-x-y-z-a(ただし、MはC
r、Mn、Co、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、
Ag、Hf、Ta、W、Al、Si、P、B、および希
土類元素からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素
であり、0.2≦x≦0.4、0.3≦y≦0.6、0
≦z≦0.3、0<a≦0.2)で示される水素吸蔵合
金を作製する場合、前者ではV−Ni合金またはTi−
V合金、後者ではFe−V合金を用いると、偏析相とし
て現れるTi−Ni合金相が細かく分散するようになる
ので、水素化特性および放電特性が大きく向上する。
Fe−V合金を用いれば、他の元素とうまく固溶し合う
ので、均質性の高い水素吸蔵合金が得られる。特に、一
般式TixVyMzNi1-x-y-z(ただし、MはCr、M
n、Fe、Co、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、
Ag、Hf、Ta、W、Al、Si、P、B、および希
土類元素からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素
であり、0.2≦x≦0.4、0.3≦y≦0.6、0
≦z≦0.3)で示される水素吸蔵合金、あるいは、一
般式TixVyMzFeaNi1-x-y-z-a(ただし、MはC
r、Mn、Co、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、
Ag、Hf、Ta、W、Al、Si、P、B、および希
土類元素からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素
であり、0.2≦x≦0.4、0.3≦y≦0.6、0
≦z≦0.3、0<a≦0.2)で示される水素吸蔵合
金を作製する場合、前者ではV−Ni合金またはTi−
V合金、後者ではFe−V合金を用いると、偏析相とし
て現れるTi−Ni合金相が細かく分散するようになる
ので、水素化特性および放電特性が大きく向上する。
【0009】上記水素吸蔵合金は、通常、アーク溶解法
や鋳造法により作製するが、合金の冷却速度を103℃
/秒以上にすると、Ti−Ni偏析相はさらに細かく分
布するようになり、特に放電容量が大きくなる。しか
し、合金の冷却速度が107℃/秒を越えるとTi−N
i偏析相がなくなり、逆に放電容量は低下する。したが
って、合金の冷却速度を103〜107℃/秒とすること
により、優れた放電特性が得られる。このような冷却速
度を持つ合金製造方法としては、ガスアトマイズ法や水
アトマイズ法、ロール急冷法などがある。
や鋳造法により作製するが、合金の冷却速度を103℃
/秒以上にすると、Ti−Ni偏析相はさらに細かく分
布するようになり、特に放電容量が大きくなる。しか
し、合金の冷却速度が107℃/秒を越えるとTi−N
i偏析相がなくなり、逆に放電容量は低下する。したが
って、合金の冷却速度を103〜107℃/秒とすること
により、優れた放電特性が得られる。このような冷却速
度を持つ合金製造方法としては、ガスアトマイズ法や水
アトマイズ法、ロール急冷法などがある。
【0010】V−Ni合金、Ti−V合金またはFe−
V合金は、不純物として硫黄を含んでいる。この硫黄の
含有量が微量ならば特性に影響を及ぼさないが、V−N
i合金、Ti−V合金またはFe−V合金を用いて体心
立方構造を有する水素吸蔵合金を作製した場合、合金中
に含まれる硫黄が0.15重量%を越えると特性に悪影
響を及ぼす。特に、前記水素吸蔵合金を電極材料として
用いた場合、放電容量が低下する。この原因ははっきり
とはわからないが、硫黄がアルカリ電解液中で二硫化カ
リウムを生成し、充放電反応を阻害するためか、あるい
は偏析相であるTi−Ni合金相のTiの溶解を促進す
ることにより電極活性が低下するためかのどちらかであ
ろうと思われる。したがって、前記水素吸蔵合金に含ま
れる硫黄が0.15重量%以下であることが好ましい。
V合金は、不純物として硫黄を含んでいる。この硫黄の
含有量が微量ならば特性に影響を及ぼさないが、V−N
i合金、Ti−V合金またはFe−V合金を用いて体心
立方構造を有する水素吸蔵合金を作製した場合、合金中
に含まれる硫黄が0.15重量%を越えると特性に悪影
響を及ぼす。特に、前記水素吸蔵合金を電極材料として
用いた場合、放電容量が低下する。この原因ははっきり
とはわからないが、硫黄がアルカリ電解液中で二硫化カ
リウムを生成し、充放電反応を阻害するためか、あるい
は偏析相であるTi−Ni合金相のTiの溶解を促進す
ることにより電極活性が低下するためかのどちらかであ
ろうと思われる。したがって、前記水素吸蔵合金に含ま
れる硫黄が0.15重量%以下であることが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例について図
面とともに説明する。 [実施例1]表1に示した試料No.1〜10の組成の
合金を、単体の金属のみを用いた場合、約30原子%の
Vを含むV−Ni合金を用いた場合、および約60原子
%のVを含むV−Ni合金を用いた場合の3種について
アーク溶解により作製した。次いで、水素化粉砕を行っ
た。
面とともに説明する。 [実施例1]表1に示した試料No.1〜10の組成の
合金を、単体の金属のみを用いた場合、約30原子%の
Vを含むV−Ni合金を用いた場合、および約60原子
%のVを含むV−Ni合金を用いた場合の3種について
アーク溶解により作製した。次いで、水素化粉砕を行っ
た。
【0012】
【表1】
【0013】まず、各合金試料について、X線回折測定
を行った。その結果、いずれの合金試料についても体心
立方(以下bccで表す)構造を有していることが確認
された。しかし、30原子%のVを含むV−Ni合金を
用いて作製した合金、あるいは60原子%のVを含むV
−Ni合金を用いて作製した合金では、単体の金属のみ
から作製した合金に比べてbcc相を示すピークがシャ
ープになった。また、これらの合金を電子プローブX線
マイクロアナライザー(EPMA)によって分析する
と、いずれも母相以外にTi−Ni偏析相が存在する
が、V−Ni合金を用いて作製した合金では、単体の金
属のみから作製した合金に比べて前記Ti−Ni偏析相
が細かく分散していることがわかった。したがって、V
−Ni合金を用いることにより、合金の均質性および結
晶性が向上したことがわかった。さらに、各合金試料に
ついて組成分析を行った結果、いずれも合金中に含まれ
る硫黄が0.15重量%以下であることがわかった。
を行った。その結果、いずれの合金試料についても体心
立方(以下bccで表す)構造を有していることが確認
された。しかし、30原子%のVを含むV−Ni合金を
用いて作製した合金、あるいは60原子%のVを含むV
−Ni合金を用いて作製した合金では、単体の金属のみ
から作製した合金に比べてbcc相を示すピークがシャ
ープになった。また、これらの合金を電子プローブX線
マイクロアナライザー(EPMA)によって分析する
と、いずれも母相以外にTi−Ni偏析相が存在する
が、V−Ni合金を用いて作製した合金では、単体の金
属のみから作製した合金に比べて前記Ti−Ni偏析相
が細かく分散していることがわかった。したがって、V
−Ni合金を用いることにより、合金の均質性および結
晶性が向上したことがわかった。さらに、各合金試料に
ついて組成分析を行った結果、いずれも合金中に含まれ
る硫黄が0.15重量%以下であることがわかった。
【0014】次に、各合金試料について、電気化学的な
充放電反応によるアルカリ蓄電池用負極としての電極特
性を評価するために単電池試験を行った。合金を75μ
m以下に分級し、この合金粉末1gと導電剤としてのカ
ーボニルニッケル粉末3gおよび結着剤としてのポリエ
チレン微粉末0.12gを十分混合攪拌し、プレス加工
により直径24.5mm、厚さ2.5mmの円板状に成
形した。これを真空中、130℃で1時間加熱し、結着
剤を溶融させて水素吸蔵合金電極とした。この水素吸蔵
合金電極にニッケル線のリードを取り付けて負極とし、
正極として過剰の容量を有する焼結式ニッケル電極を、
セパレータとしてポリアミド不織布をそれぞれ用い、比
重1.30の水酸化カリウム水溶液を電解液として、2
5℃において、一定電流で充電と放電を繰り返し、各サ
イクルにおける放電容量を測定した。なお、充電電気量
は水素吸蔵合金1g当たり100mA×5.5時間であ
り、放電は同様に1g当たり50mAで行い、0.8V
でカットした。
充放電反応によるアルカリ蓄電池用負極としての電極特
性を評価するために単電池試験を行った。合金を75μ
m以下に分級し、この合金粉末1gと導電剤としてのカ
ーボニルニッケル粉末3gおよび結着剤としてのポリエ
チレン微粉末0.12gを十分混合攪拌し、プレス加工
により直径24.5mm、厚さ2.5mmの円板状に成
形した。これを真空中、130℃で1時間加熱し、結着
剤を溶融させて水素吸蔵合金電極とした。この水素吸蔵
合金電極にニッケル線のリードを取り付けて負極とし、
正極として過剰の容量を有する焼結式ニッケル電極を、
セパレータとしてポリアミド不織布をそれぞれ用い、比
重1.30の水酸化カリウム水溶液を電解液として、2
5℃において、一定電流で充電と放電を繰り返し、各サ
イクルにおける放電容量を測定した。なお、充電電気量
は水素吸蔵合金1g当たり100mA×5.5時間であ
り、放電は同様に1g当たり50mAで行い、0.8V
でカットした。
【0015】試料No.1〜10の組成の合金につい
て、出発原料として単体の金属のみを用いた場合、30
原子%のVを含むV−Ni合金を用いた場合、および6
0原子%のVを含むV−Ni合金を用いた場合のそれぞ
れについての放電容量を表2に示す。いずれの組成につ
いても30原子%のVを含むV−Ni合金を用いて作製
した合金、あるいは60原子%のVを含むV−Ni合金
を用いて作製した合金では、単体の金属のみから作製し
た合金に比べて10〜20mAh/g程度放電容量が大
きくなった。以上のように、出発原料としてV−Ni合
金を用いることにより、均質性が高く、放電特性に優れ
た水素吸蔵合金が得られることがわかった。
て、出発原料として単体の金属のみを用いた場合、30
原子%のVを含むV−Ni合金を用いた場合、および6
0原子%のVを含むV−Ni合金を用いた場合のそれぞ
れについての放電容量を表2に示す。いずれの組成につ
いても30原子%のVを含むV−Ni合金を用いて作製
した合金、あるいは60原子%のVを含むV−Ni合金
を用いて作製した合金では、単体の金属のみから作製し
た合金に比べて10〜20mAh/g程度放電容量が大
きくなった。以上のように、出発原料としてV−Ni合
金を用いることにより、均質性が高く、放電特性に優れ
た水素吸蔵合金が得られることがわかった。
【0016】
【表2】
【0017】[実施例2]表1に示した試料No.1〜
10の組成の合金を、単体の金属のみを用いた場合と約
50原子%のVを含むTi−V合金を用いた場合の2種
についてアーク溶解により作製した。次いで、水素化粉
砕を行った。まず、各合金試料について、X線回折測定
を行った。その結果、いずれの合金試料についてもbc
c構造を有していることが確認された。しかし、Ti−
V合金を用いて作製した合金では、単体の金属のみから
作製した合金に比べてbcc相を示すピークがシャープ
になった。また、これらの合金を電子プローブX線マイ
クロアナライザーによって分析すると、いずれも母相以
外にTi−Ni偏析相が存在するが、Ti−V合金を用
いて作製した合金では、単体の金属のみから作製した合
金に比べて前記Ti−Ni偏析相が細かく分散している
ことがわかった。したがって、Ti−V合金を用いるこ
とにより、合金の均質性および結晶性が向上したことが
わかった。さらに、各合金試料について組成分析を行っ
た結果、いずれも合金中に含まれる硫黄が0.15重量
%以下であることがわかった。
10の組成の合金を、単体の金属のみを用いた場合と約
50原子%のVを含むTi−V合金を用いた場合の2種
についてアーク溶解により作製した。次いで、水素化粉
砕を行った。まず、各合金試料について、X線回折測定
を行った。その結果、いずれの合金試料についてもbc
c構造を有していることが確認された。しかし、Ti−
V合金を用いて作製した合金では、単体の金属のみから
作製した合金に比べてbcc相を示すピークがシャープ
になった。また、これらの合金を電子プローブX線マイ
クロアナライザーによって分析すると、いずれも母相以
外にTi−Ni偏析相が存在するが、Ti−V合金を用
いて作製した合金では、単体の金属のみから作製した合
金に比べて前記Ti−Ni偏析相が細かく分散している
ことがわかった。したがって、Ti−V合金を用いるこ
とにより、合金の均質性および結晶性が向上したことが
わかった。さらに、各合金試料について組成分析を行っ
た結果、いずれも合金中に含まれる硫黄が0.15重量
%以下であることがわかった。
【0018】次に、実施例1と同様に、各合金試料につ
いて、電気化学的な充放電反応によるアルカリ蓄電池用
負極としての電極特性を評価するために単電池試験を行
った。試料No.1〜10の組成の合金について、出発
原料として単体の金属のみを用いた場合、および50原
子%のVを含むTi−V合金を用いた場合のそれぞれに
ついての放電容量を表3に示す。いずれの組成について
もTi−V合金を用いて作製した合金では、単体の金属
のみから作製した合金に比べて10〜20mAh/g程
度放電容量が大きくなった。
いて、電気化学的な充放電反応によるアルカリ蓄電池用
負極としての電極特性を評価するために単電池試験を行
った。試料No.1〜10の組成の合金について、出発
原料として単体の金属のみを用いた場合、および50原
子%のVを含むTi−V合金を用いた場合のそれぞれに
ついての放電容量を表3に示す。いずれの組成について
もTi−V合金を用いて作製した合金では、単体の金属
のみから作製した合金に比べて10〜20mAh/g程
度放電容量が大きくなった。
【0019】
【表3】
【0020】また、表1に示した試料No.1〜10の
組成の合金を約50原子%のVを含むTi−V合金、お
よび約60原子%のVを含むV−Ni合金の両方を用い
てアーク溶解により作製し、上記と同様に単電池試験を
行った結果、さらに放電容量が大きくなった。以上のよ
うに、出発原料としてTi−V合金を用いることによ
り、均質性が高く、放電特性に優れた水素吸蔵合金が得
られることがわかった。
組成の合金を約50原子%のVを含むTi−V合金、お
よび約60原子%のVを含むV−Ni合金の両方を用い
てアーク溶解により作製し、上記と同様に単電池試験を
行った結果、さらに放電容量が大きくなった。以上のよ
うに、出発原料としてTi−V合金を用いることによ
り、均質性が高く、放電特性に優れた水素吸蔵合金が得
られることがわかった。
【0021】[実施例3]表1に示した試料No.11
〜15の組成の合金を、単体の金属のみを用いた場合、
約30原子%のVを含むFe−V合金を用いた場合、お
よび約60原子%のVを含むFe−V合金を用いた場合
の3種についてアーク溶解により作製した。次いで、水
素化粉砕を行った。まず、各合金試料について、X線回
折測定を行った。その結果、いずれの合金試料について
もbcc構造を有していることが確認された。しかし、
30原子%のVを含むFe−V合金を用いて作製した合
金、あるいは60原子%のVを含むFe−V合金を用い
て作製した合金では、単体の金属のみから作製した合金
に比べてbcc相を示すピークがシャープになった。ま
た、これらの合金を電子プローブX線マイクロアナライ
ザーによって分析すると、いずれも母相以外にTi−N
i偏析相が存在するが、Fe−V合金を用いて作製した
合金では、単体の金属のみから作製した合金に比べて前
記Ti−Ni偏析相が細かく分散していることがわかっ
た。したがって、Fe−V合金を用いることにより、合
金の均質性および結晶性が向上したことがわかった。さ
らに、各合金試料について組成分析を行った結果、いず
れも合金中に含まれる硫黄が0.15重量%以下である
ことがわかった。
〜15の組成の合金を、単体の金属のみを用いた場合、
約30原子%のVを含むFe−V合金を用いた場合、お
よび約60原子%のVを含むFe−V合金を用いた場合
の3種についてアーク溶解により作製した。次いで、水
素化粉砕を行った。まず、各合金試料について、X線回
折測定を行った。その結果、いずれの合金試料について
もbcc構造を有していることが確認された。しかし、
30原子%のVを含むFe−V合金を用いて作製した合
金、あるいは60原子%のVを含むFe−V合金を用い
て作製した合金では、単体の金属のみから作製した合金
に比べてbcc相を示すピークがシャープになった。ま
た、これらの合金を電子プローブX線マイクロアナライ
ザーによって分析すると、いずれも母相以外にTi−N
i偏析相が存在するが、Fe−V合金を用いて作製した
合金では、単体の金属のみから作製した合金に比べて前
記Ti−Ni偏析相が細かく分散していることがわかっ
た。したがって、Fe−V合金を用いることにより、合
金の均質性および結晶性が向上したことがわかった。さ
らに、各合金試料について組成分析を行った結果、いず
れも合金中に含まれる硫黄が0.15重量%以下である
ことがわかった。
【0022】次に、実施例1と同様に、各合金試料につ
いて、電気化学的な充放電反応によるアルカリ蓄電池用
負極としての電極特性を評価するために単電池試験を行
った。試料No.11〜15の組成の合金について、出
発原料として単体の金属のみを用いた場合、30原子%
のVを含むFe−V合金を用いた場合、および60原子
%のVを含むFe−V合金を用いた場合のそれぞれにつ
いての放電容量を表4に示す。いずれの組成についても
30原子%のVを含むFe−V合金を用いて作製した合
金、あるいは60原子%のVを含むFe−V合金を用い
て作製した合金では、単体の金属のみから作製した合金
に比べて10〜20mAh/g程度放電容量が大きくな
った。
いて、電気化学的な充放電反応によるアルカリ蓄電池用
負極としての電極特性を評価するために単電池試験を行
った。試料No.11〜15の組成の合金について、出
発原料として単体の金属のみを用いた場合、30原子%
のVを含むFe−V合金を用いた場合、および60原子
%のVを含むFe−V合金を用いた場合のそれぞれにつ
いての放電容量を表4に示す。いずれの組成についても
30原子%のVを含むFe−V合金を用いて作製した合
金、あるいは60原子%のVを含むFe−V合金を用い
て作製した合金では、単体の金属のみから作製した合金
に比べて10〜20mAh/g程度放電容量が大きくな
った。
【0023】
【表4】
【0024】また、表1に示した試料No.11〜15
の組成の合金を約60原子%のVを含むFe−V合金、
および約60原子%のVを含むV−Ni合金の両方を用
いてアーク溶解により作製し、上記と同様に単電池試験
を行った結果、さらに放電容量が大きくなった。以上の
ように、出発原料としてFe−V合金を用いることによ
り、均質性が高く、放電特性に優れた水素吸蔵合金が得
られることがわかった。
の組成の合金を約60原子%のVを含むFe−V合金、
および約60原子%のVを含むV−Ni合金の両方を用
いてアーク溶解により作製し、上記と同様に単電池試験
を行った結果、さらに放電容量が大きくなった。以上の
ように、出発原料としてFe−V合金を用いることによ
り、均質性が高く、放電特性に優れた水素吸蔵合金が得
られることがわかった。
【0025】[実施例4]V−Ni合金、Ti−V合
金、あるいはFe−V合金中に不純物として含まれる硫
黄の影響を調べるため、出発原料として市販のTi、
V、Cr、Niおよび硫化チタンを用い、硫化チタンの
使用量により合金中の硫黄含有量を調整したものをアー
ク溶解により作製した。合金組成は表1に示した試料N
o.1を選び、まず硫黄含有量として0.1wt%、
0.15wt%、および0.2wt%の3種を作製し
た。これらの合金試料を水素化粉砕し、実施例1と同様
に単電池試験を行い、放電特性を調べた。この結果、
0.1wt%および0.15wt%の硫黄を含む合金で
は、放電容量は実施例1で得られた値とほぼ同じであ
り、硫黄の影響はほとんど現れなかった。しかし、硫黄
を0.2wt%含む合金では、放電容量が15%程度小
さいことがわかった。
金、あるいはFe−V合金中に不純物として含まれる硫
黄の影響を調べるため、出発原料として市販のTi、
V、Cr、Niおよび硫化チタンを用い、硫化チタンの
使用量により合金中の硫黄含有量を調整したものをアー
ク溶解により作製した。合金組成は表1に示した試料N
o.1を選び、まず硫黄含有量として0.1wt%、
0.15wt%、および0.2wt%の3種を作製し
た。これらの合金試料を水素化粉砕し、実施例1と同様
に単電池試験を行い、放電特性を調べた。この結果、
0.1wt%および0.15wt%の硫黄を含む合金で
は、放電容量は実施例1で得られた値とほぼ同じであ
り、硫黄の影響はほとんど現れなかった。しかし、硫黄
を0.2wt%含む合金では、放電容量が15%程度小
さいことがわかった。
【0026】次に、上記と同様にして、硫黄含有量が
0.16wt%、0.17wt%、0.18wt%、お
よび0.19wt%の4種を作製し、放電特性を調べ
た。その結果、0.16wt%の硫黄を含む合金でも放
電容量が実施例1で得られた値に比べて5%程度低下
し、硫黄含有量の増加とともに放電容量の低下が大きく
なった。以上の結果から、合金中の硫黄含有量が0.1
5重量%を越えると、放電特性に悪影響を及ぼすことが
わかった。
0.16wt%、0.17wt%、0.18wt%、お
よび0.19wt%の4種を作製し、放電特性を調べ
た。その結果、0.16wt%の硫黄を含む合金でも放
電容量が実施例1で得られた値に比べて5%程度低下
し、硫黄含有量の増加とともに放電容量の低下が大きく
なった。以上の結果から、合金中の硫黄含有量が0.1
5重量%を越えると、放電特性に悪影響を及ぼすことが
わかった。
【0027】[実施例5]合金作製時の急冷効果を調べ
るため、高周波溶解の後、鉄製の鋳型で鋳造したもの、
ガスアトマイズ法によって粉末化したもの、および単ロ
ール法でリボン状にしたものの3種を作製した。合金組
成は表1に示したNo.1、11を選び、試料No.1
の場合は出発原料としてV−Ni合金あるいはTi−V
合金を用い、試料No.11の場合は出発原料としてF
e−V合金を用いた。これらの合金を電子プローブX線
マイクロアナライザーによって分析した。いずれの合金
組成においても、ガスアトマイズや単ロール法により作
製した合金では、鋳造品に比べてTi−Ni偏析相が細
かく分散しており、数μm以下の大きさであることがわ
かった。
るため、高周波溶解の後、鉄製の鋳型で鋳造したもの、
ガスアトマイズ法によって粉末化したもの、および単ロ
ール法でリボン状にしたものの3種を作製した。合金組
成は表1に示したNo.1、11を選び、試料No.1
の場合は出発原料としてV−Ni合金あるいはTi−V
合金を用い、試料No.11の場合は出発原料としてF
e−V合金を用いた。これらの合金を電子プローブX線
マイクロアナライザーによって分析した。いずれの合金
組成においても、ガスアトマイズや単ロール法により作
製した合金では、鋳造品に比べてTi−Ni偏析相が細
かく分散しており、数μm以下の大きさであることがわ
かった。
【0028】次に、これらの合金を実施例1と同様の方
法で電極特性を評価した結果、いずれの合金試料の場合
も、鋳造品では放電容量は実施例1〜3で得られた値と
ほぼ同じであるが、ガスアトマイズ品や単ロール品では
さらに10〜15mAh/gの放電容量が増大した。ガ
スアトマイズの冷却速度は103〜105℃/s程度、単
ロール法の冷却速度は105〜107℃/s程度である
が、さらに冷却速度を大きくして超急冷するとTi−N
i偏析相がなくなり、逆に放電容量の低下を招く。した
がって、103〜107℃/sの冷却速度で急冷して合金
作製することによって、母相以外の合金相がさらに細か
く分布するようになり、放電特性が向上することがわか
った。
法で電極特性を評価した結果、いずれの合金試料の場合
も、鋳造品では放電容量は実施例1〜3で得られた値と
ほぼ同じであるが、ガスアトマイズ品や単ロール品では
さらに10〜15mAh/gの放電容量が増大した。ガ
スアトマイズの冷却速度は103〜105℃/s程度、単
ロール法の冷却速度は105〜107℃/s程度である
が、さらに冷却速度を大きくして超急冷するとTi−N
i偏析相がなくなり、逆に放電容量の低下を招く。した
がって、103〜107℃/sの冷却速度で急冷して合金
作製することによって、母相以外の合金相がさらに細か
く分布するようになり、放電特性が向上することがわか
った。
【0029】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、少なくと
もVとNiを含む3種以上の元素からなる体心立方構造
を有する水素吸蔵合金、少なくともTiとVを含む3種
以上の元素からなる体心立方構造を有する水素吸蔵合
金、または少なくともVとFeを含む3種以上の元素か
らなる体心立方構造を有する水素吸蔵合金を安価に、か
つ均質性の高い合金として得ることができる。また、本
発明の製造方法により得られる水素吸蔵合金を水素の貯
蔵・輸送、ヒートポンプ、あるいはアルカリ蓄電池の負
極材料などに用いた場合、優れた性能を発揮する。
もVとNiを含む3種以上の元素からなる体心立方構造
を有する水素吸蔵合金、少なくともTiとVを含む3種
以上の元素からなる体心立方構造を有する水素吸蔵合
金、または少なくともVとFeを含む3種以上の元素か
らなる体心立方構造を有する水素吸蔵合金を安価に、か
つ均質性の高い合金として得ることができる。また、本
発明の製造方法により得られる水素吸蔵合金を水素の貯
蔵・輸送、ヒートポンプ、あるいはアルカリ蓄電池の負
極材料などに用いた場合、優れた性能を発揮する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 敏弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 豊口 ▲吉▼徳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (7)
- 【請求項1】 少なくともVとNiを含む3種以上の元
素からなる体心立方構造を有する水素吸蔵合金の製造方
法において、出発原料としてV−Ni合金を用いること
を特徴とする水素吸蔵合金の製造方法。 - 【請求項2】 少なくともTiとVを含む3種以上の元
素からなる体心立方構造を有する水素吸蔵合金の製造方
法において、出発原料としてTi−V合金を用いること
を特徴とする水素吸蔵合金の製造方法。 - 【請求項3】 少なくともVとFeを含む3種以上の元
素からなる体心立方構造を有する水素吸蔵合金の製造方
法において、出発原料としてFe−V合金を用いること
を特徴とする水素吸蔵合金の製造方法。 - 【請求項4】 前記水素吸蔵合金に含まれる硫黄が0.
15重量%以下である請求項1〜3のいずれかに記載の
水素吸蔵合金の製造方法。 - 【請求項5】 合金材料を溶解後、103〜107℃/秒
の冷却速度で急冷する工程を有する請求項1〜3のいず
れかに記載の水素吸蔵合金の製造方法。 - 【請求項6】 前記水素吸蔵合金が、一般式TixVyM
zNi1-x-y-z(ただし、MはCr、Mn、Fe、Co、
Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、T
a、W、Al、Si、P、B、および希土類元素からな
る群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、0.2
≦x≦0.4、0.3≦y≦0.6、0≦z≦0.3)
で示される合金である請求項1または2記載の水素吸蔵
合金の製造方法。 - 【請求項7】 前記水素吸蔵合金が、一般式TixVyM
zFeaNi1-x-y-z- a(ただし、MはCr、Mn、C
o、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、
Ta、W、Al、Si、P、B、および希土類元素から
なる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、0.
2≦x≦0.4、0.3≦y≦0.6、0≦z≦0.
3、0<a≦0.2)で示される合金である請求項3記
載の水素吸蔵合金の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20483395A JPH0949034A (ja) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | 水素吸蔵合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20483395A JPH0949034A (ja) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | 水素吸蔵合金の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0949034A true JPH0949034A (ja) | 1997-02-18 |
Family
ID=16497146
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20483395A Pending JPH0949034A (ja) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | 水素吸蔵合金の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0949034A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002030371A (ja) * | 2000-07-18 | 2002-01-31 | Japan Steel Works Ltd:The | ラーベス相水素吸蔵合金および該合金の製造方法 |
JP2012041596A (ja) * | 2010-08-18 | 2012-03-01 | Japan Steel Works Ltd:The | 高容量水素吸蔵合金 |
CN104894376A (zh) * | 2015-06-17 | 2015-09-09 | 西安建筑科技大学 | 电热还原法制备V-Ti-Fe系储氢合金 |
US10211457B2 (en) | 2015-02-17 | 2019-02-19 | California Institute Of Technology | Metal hydride alloys with improved rate performance |
-
1995
- 1995-08-10 JP JP20483395A patent/JPH0949034A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002030371A (ja) * | 2000-07-18 | 2002-01-31 | Japan Steel Works Ltd:The | ラーベス相水素吸蔵合金および該合金の製造方法 |
JP2012041596A (ja) * | 2010-08-18 | 2012-03-01 | Japan Steel Works Ltd:The | 高容量水素吸蔵合金 |
US10211457B2 (en) | 2015-02-17 | 2019-02-19 | California Institute Of Technology | Metal hydride alloys with improved rate performance |
CN104894376A (zh) * | 2015-06-17 | 2015-09-09 | 西安建筑科技大学 | 电热还原法制备V-Ti-Fe系储氢合金 |
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