JPS58204148A - 水素蓄積材料 - Google Patents
水素蓄積材料Info
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- JPS58204148A JPS58204148A JP58042467A JP4246783A JPS58204148A JP S58204148 A JPS58204148 A JP S58204148A JP 58042467 A JP58042467 A JP 58042467A JP 4246783 A JP4246783 A JP 4246783A JP S58204148 A JPS58204148 A JP S58204148A
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- C01B3/0005—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
- C01B3/001—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes characterised by the uptaking medium; Treatment thereof
- C01B3/0031—Intermetallic compounds; Metal alloys; Treatment thereof
- C01B3/0047—Intermetallic compounds; Metal alloys; Treatment thereof containing a rare earth metal; Treatment thereof
- C01B3/0052—Intermetallic compounds; Metal alloys; Treatment thereof containing a rare earth metal; Treatment thereof also containing titanium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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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
-
- 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
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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
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S420/90—Hydrogen storage
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- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
金属あるいは合金中に水素を蓄積することは公知である
。水素化物の形で水を可逆的に蓄積する金属材料の典型
的な例は、Mg 、 Mg −Ni 。
。水素化物の形で水を可逆的に蓄積する金属材料の典型
的な例は、Mg 、 Mg −Ni 。
Mg−Cu、Ti−Fe、Ti−Ni、Ca−Ni、R
−MiあるいはR−Co合金(ここでRは希土類元素)
である 。
−MiあるいはR−Co合金(ここでRは希土類元素)
である 。
合金質量に対して7重量%までの高い蓄積能力は、マグ
ネシウムおよびマグネシウム−ニッケル合金により得ら
nる。しかし水素の追出しのためには・多くのエネルギ
ーを供給しながら250°C以上の温度が必要である。
ネシウムおよびマグネシウム−ニッケル合金により得ら
nる。しかし水素の追出しのためには・多くのエネルギ
ーを供給しながら250°C以上の温度が必要である。
水素を追出すためのこの高い温度レベルと大きいエネル
ギー需要により、例えば内燃機関をもつ自動車はこれら
の蓄積装置だけでは走行できない。なぜならば排気ガス
中に含まnろエネルギーは、最も有利(全負荷)な場合
内燃機関の水素需要の50%をマグネシウムまたはマグ
ネシウム−ニッケル蓄積装fi&7))らまかなうのに
充分だからである。
ギー需要により、例えば内燃機関をもつ自動車はこれら
の蓄積装置だけでは走行できない。なぜならば排気ガス
中に含まnろエネルギーは、最も有利(全負荷)な場合
内燃機関の水素需要の50%をマグネシウムまたはマグ
ネシウム−ニッケル蓄積装fi&7))らまかなうのに
充分だからである。
したがって水素の残りの需要・は、例えば0℃以下まで
の温度で使用できる水素化子タンー鉄(典型的な低温水
素化物蓄積装置)のような水素化物蓄積装置71)ら取
らねばならない。一方この低温水素化物蓄積装置は、水
素蓄積能力がわずがしかないという欠点をもっている。
の温度で使用できる水素化子タンー鉄(典型的な低温水
素化物蓄積装置)のような水素化物蓄積装置71)ら取
らねばならない。一方この低温水素化物蓄積装置は、水
素蓄積能力がわずがしかないという欠点をもっている。
したがって比較的高い蓄積能力をもつ蓄積材料が既に開
発されたが、約250℃までの温度で水紫ヲこの材料か
ら追出すことができる。米国特許第4160014号明
細書には式T1□−xzrXMn2−y−2Cryv2
の水素蓄積材料が記載されており、ここでx = 0
、05ないし0.4 、y=ozいし11また2=0な
いし0.4である。このような合金では約2重量%まで
の水素が蓄積ざnる。水素蓄積能力が比較的わずかであ
る点を別としてもこnらの合金は、金属バナジウムを使
用する場合合金の価格が非常に高いという欠点をもって
い7:I。
発されたが、約250℃までの温度で水紫ヲこの材料か
ら追出すことができる。米国特許第4160014号明
細書には式T1□−xzrXMn2−y−2Cryv2
の水素蓄積材料が記載されており、ここでx = 0
、05ないし0.4 、y=ozいし11また2=0な
いし0.4である。このような合金では約2重量%まで
の水素が蓄積ざnる。水素蓄積能力が比較的わずかであ
る点を別としてもこnらの合金は、金属バナジウムを使
用する場合合金の価格が非常に高いという欠点をもって
い7:I。
ざらに米国特許第4111689号明細書から公知の蓄
積合金は、31ないし46重量%のチタン、5ないし3
3重量%のノζナジウム、および36すいし53重量%
の鉄および(あるいは)マンガンからでさている。この
ような合金は米国特許第4160014号明細書による
合金より高い水素蓄積能力をもっているが、水素を完全
に追出すのに最低250°Cの温度が必要であり、約1
00℃までの温度では水素含有量のせいぜい約80%し
力)取出せないという欠点をもっている。しかし特に低
い温度におけろ高い取出し能力はしばしば必要である。
積合金は、31ないし46重量%のチタン、5ないし3
3重量%のノζナジウム、および36すいし53重量%
の鉄および(あるいは)マンガンからでさている。この
ような合金は米国特許第4160014号明細書による
合金より高い水素蓄積能力をもっているが、水素を完全
に追出すのに最低250°Cの温度が必要であり、約1
00℃までの温度では水素含有量のせいぜい約80%し
力)取出せないという欠点をもっている。しかし特に低
い温度におけろ高い取出し能力はしばしば必要である。
なぜならば水素化物蓄積装置から水素を遊離するために
必要な熱は、しばしば低い温度でしか使用できないこと
がよくあるからfある。
必要な熱は、しばしば低い温度でしか使用できないこと
がよくあるからfある。
したがって本発明の課題は、水素の高い蓄積能力をもち
、1 barの圧力および100℃までの温度で水素含
有量の少なくとも90%を遊離できる水素蓄積材料を見
出すことにある・ この課題は特許請求の範囲に記載ざnた水素蓄積材料に
よって解決されろ。
、1 barの圧力および100℃までの温度で水素含
有量の少なくとも90%を遊離できる水素蓄積材料を見
出すことにある・ この課題は特許請求の範囲に記載ざnた水素蓄積材料に
よって解決されろ。
本発明による水素蓄積材料は、組成が25ないり、30
.9重量%のチタン、10すいし42重量%O、バナジ
ウム、および27.17jいし65.1重量%のマンガ
ンの合金力)らできているが、チタン原子トノ々ナジウ
ム原子およびマンガン原子との比は、チタン原子1個あ
たり2より大きくただし最高2.2個の別の原子が存在
するように選ばれている。チタン原子1個あたり2個あ
るいは2個より少ない別の原子が存在すると、100℃
までの温度で取出すことのできる水素の百分率は甚だし
く減少する。チタン原子1個あたり2.2より多い別の
原子が存在Tると、合金組織はもはや均質には形成され
ず、したがって水素蓄積能力は少なくなる。ざらにバナ
ジウム原子の40%までが鉄原子により、またノ々ナジ
ウム原子の10%丁でかアルミニウム原子により置換ざ
nろこともわかった。しかし鉄原子とアルミニウム原子
によりバナジウム原子を同時に置換すると、全体として
ノ々ナジウム原子の40%より多く置換することはでき
ない。バナジウム原子の10ないし40%特に10ない
し20%が鉄原子により、あるいはバナジウム原子の3
ないし5%がアルミニウム原子により、あるいはアルミ
ニウムおよび鉄の原子によりノ々ナジウム原子を同時に
置換する場合バナジウム原子の10ないし20%、ただ
しそのうちアルミニウムにより3ないし5%だけが置換
されるのがよい。
.9重量%のチタン、10すいし42重量%O、バナジ
ウム、および27.17jいし65.1重量%のマンガ
ンの合金力)らできているが、チタン原子トノ々ナジウ
ム原子およびマンガン原子との比は、チタン原子1個あ
たり2より大きくただし最高2.2個の別の原子が存在
するように選ばれている。チタン原子1個あたり2個あ
るいは2個より少ない別の原子が存在すると、100℃
までの温度で取出すことのできる水素の百分率は甚だし
く減少する。チタン原子1個あたり2.2より多い別の
原子が存在Tると、合金組織はもはや均質には形成され
ず、したがって水素蓄積能力は少なくなる。ざらにバナ
ジウム原子の40%までが鉄原子により、またノ々ナジ
ウム原子の10%丁でかアルミニウム原子により置換ざ
nろこともわかった。しかし鉄原子とアルミニウム原子
によりバナジウム原子を同時に置換すると、全体として
ノ々ナジウム原子の40%より多く置換することはでき
ない。バナジウム原子の10ないし40%特に10ない
し20%が鉄原子により、あるいはバナジウム原子の3
ないし5%がアルミニウム原子により、あるいはアルミ
ニウムおよび鉄の原子によりノ々ナジウム原子を同時に
置換する場合バナジウム原子の10ないし20%、ただ
しそのうちアルミニウムにより3ないし5%だけが置換
されるのがよい。
合金のバナジウム割合が高いと、ノ々ナジウムのみを使
用する場合、有効性が少なく価格が高いという欠点があ
る。ノ々ナジウムの一部を鉄あるいはアルミニウムによ
り置換できろことによって、バナジウム成分が少なくな
るのみならず、ざらに安価に多量に使用できろ例えばV
4 F eあるいはV3AA’の組成のバナジウム−鉄
あるいはノ々ナジウムーアルミニウム中間合金を用いる
ことが可能となろ。それにより蓄積材料が著しく安価ニ
ア20゜驚くべきことに鉄あるいはアルミニウムの原子
によりノ々ナジウムの原子を置換しても、合金の蓄積能
力をわずかし力)低下しない〇ざらにマンガンおよび〔
あるいは〕ノ々ナジウム原子がクロム原子により置換さ
れ・その際合金中にチタン原子1個あたり0.2個より
多いクロムが存在してはならないことがわかった。この
割合lを越えると、そnにより合金の組織が影響を受け
、低い温度で取出し可能な水素が減少する。ざらにマン
ガンおよび(あるいは)ノζナジウムの原子は限られた
範囲でニッケルあろいは鋼の原子によっても置換される
・しかし合金はチタン原子1個あたり最大0.1個のニ
ッケル原子あるいはチタン原子1個あたり0.05個の
銅原子を含みぎえすればよく、また銅とニッケルが同時
に存在する場合チタン原子1個あたり全部で0.1個よ
り多いニッケルおよび銅の原子を含んではならない。な
ぜならば、そうしないと水素の吸収に関して合金の電子
構造が悪くなるからである。
用する場合、有効性が少なく価格が高いという欠点があ
る。ノ々ナジウムの一部を鉄あるいはアルミニウムによ
り置換できろことによって、バナジウム成分が少なくな
るのみならず、ざらに安価に多量に使用できろ例えばV
4 F eあるいはV3AA’の組成のバナジウム−鉄
あるいはノ々ナジウムーアルミニウム中間合金を用いる
ことが可能となろ。それにより蓄積材料が著しく安価ニ
ア20゜驚くべきことに鉄あるいはアルミニウムの原子
によりノ々ナジウムの原子を置換しても、合金の蓄積能
力をわずかし力)低下しない〇ざらにマンガンおよび〔
あるいは〕ノ々ナジウム原子がクロム原子により置換さ
れ・その際合金中にチタン原子1個あたり0.2個より
多いクロムが存在してはならないことがわかった。この
割合lを越えると、そnにより合金の組織が影響を受け
、低い温度で取出し可能な水素が減少する。ざらにマン
ガンおよび(あるいは)ノζナジウムの原子は限られた
範囲でニッケルあろいは鋼の原子によっても置換される
・しかし合金はチタン原子1個あたり最大0.1個のニ
ッケル原子あるいはチタン原子1個あたり0.05個の
銅原子を含みぎえすればよく、また銅とニッケルが同時
に存在する場合チタン原子1個あたり全部で0.1個よ
り多いニッケルおよび銅の原子を含んではならない。な
ぜならば、そうしないと水素の吸収に関して合金の電子
構造が悪くなるからである。
例えば与えられた温度または生成エンタルピー[おける
圧力に関して特定の物理的性質を水素蓄積材料に与える
ことがしばしば望ま1石。
圧力に関して特定の物理的性質を水素蓄積材料に与える
ことがしばしば望ま1石。
このためチタンの一部?カルシウム、イツトリウム、ラ
ンタン混合金属あるいは他の希土類金属により置換する
ことが可能であるが、その際20%より多くのチタンを
こわらの元素によって置換することはできない゛。これ
らの元素は合金□ の融体VcEいて同時に脱酸素剤として作用するので、
脱酸素剤として失われろ分を計量の際考慮せねばならな
い。
ンタン混合金属あるいは他の希土類金属により置換する
ことが可能であるが、その際20%より多くのチタンを
こわらの元素によって置換することはできない゛。これ
らの元素は合金□ の融体VcEいて同時に脱酸素剤として作用するので、
脱酸素剤として失われろ分を計量の際考慮せねばならな
い。
不純物ガスに対する水素蓄積材料の初期抵抗力を得ろた
めに、合金、合金の表面および粒界に上述したことに基
いて硫黄・燐あるいは炭素のような元素を添加すること
ができる。この添加により、水素は表面を通って金属格
子へ侵入できろが、CO2CO21N2,02およびH
2Oのような不純物ガスは表面に拘束されるという効果
が得られろ。
めに、合金、合金の表面および粒界に上述したことに基
いて硫黄・燐あるいは炭素のような元素を添加すること
ができる。この添加により、水素は表面を通って金属格
子へ侵入できろが、CO2CO21N2,02およびH
2Oのような不純物ガスは表面に拘束されるという効果
が得られろ。
表面または粒界への前記の元素の添加は、同時の機械的
粉砕、蒸着、ス・ξツタリングのような公知のめつき法
により、あるいはこれらの元累?融体へ同時に入れるこ
とによって行なうことができろ。なぜならばこれらの元
素は、溶融温度力)ら周囲温度までの冷却中表面および
粒界へ偏析するの)らである。
粉砕、蒸着、ス・ξツタリングのような公知のめつき法
により、あるいはこれらの元累?融体へ同時に入れるこ
とによって行なうことができろ。なぜならばこれらの元
素は、溶融温度力)ら周囲温度までの冷却中表面および
粒界へ偏析するの)らである。
本発明によ石蓄槓材料の金属組織は、レイブス相構造c
i4−またはC152もつ混晶として存在する。蓄積材
料を製造Tるために、アーク中におけろ合金の溶融のよ
うな普通のや金合成法(米国特許第4160014号明
細書参照)および誘導溶融および公知の焼結法が使用さ
れる。
i4−またはC152もつ混晶として存在する。蓄積材
料を製造Tるために、アーク中におけろ合金の溶融のよ
うな普通のや金合成法(米国特許第4160014号明
細書参照)および誘導溶融および公知の焼結法が使用さ
れる。
水素は250℃までの温度ですべてのこれら蓄積材料か
ら完全に追出されるが、大部分は60℃までに追出され
ろ。なぜならば本発明による材料は、すぐれた等温取出
し能力(一定の水素化物温度における水素取出し)をも
っているので、新しい蓄積材料は水素を消費する内燃機
関を備えた自動車に使用するのに特に適しているが・水
素化物熱ポンプおよび水素化物熱交換器に使用するのに
も適している。ざらにこの材料は最初の活性化のために
特別なプロセスを必要としない。材料は室温で既に水素
に対して活性であろ 。
ら完全に追出されるが、大部分は60℃までに追出され
ろ。なぜならば本発明による材料は、すぐれた等温取出
し能力(一定の水素化物温度における水素取出し)をも
っているので、新しい蓄積材料は水素を消費する内燃機
関を備えた自動車に使用するのに特に適しているが・水
素化物熱ポンプおよび水素化物熱交換器に使用するのに
も適している。ざらにこの材料は最初の活性化のために
特別なプロセスを必要としない。材料は室温で既に水素
に対して活性であろ 。
亘
元素あるいは中間台金をアーク中でいっしょに溶融する
ことによって種々の合金が作られた。
ことによって種々の合金が作られた。
これらの合金は粉末にされ、0℃と35℃の間で50b
arの水素を供給された・蓄積能力(蓄積材料に対する
水素の重量%)がしらべられ、温度特性が検出ざnた。
arの水素を供給された・蓄積能力(蓄積材料に対する
水素の重量%)がしらべられ、温度特性が検出ざnた。
その結果が表にまとめらnている。温度特性を明らかに
するために、例1および2と例4および5の合金の温度
抵抗が・比較のため第1図ないし第4図にグラフで示さ
nでいる。本発明による例1(第2図)では、1 ba
rの水素圧力で100℃までの温度で水素含有量の90
%を取出すことができ、本発明によろ例2(第1図)で
はso ’cまでの温度で水素含有量の90%を取出す
ことができろ。等温取出し能力(一定温度における水素
の取出し)は80%まで[なる。しかしチタンの含有量
が増大すると、約3069重量%千タン以上ではこの有
利な水素化特性が失なわrLろ・比較のため例5・第4
図に31.13%のチタン含有量で示されているように
、既に31重量%のチタン含有量(比較のため例4゜第
3図)VCおいて・蓄積された水素の約70%だけが取
出し可能である。この場合も100℃まで水素含有量の
約70%だけ取出すことができる。
するために、例1および2と例4および5の合金の温度
抵抗が・比較のため第1図ないし第4図にグラフで示さ
nでいる。本発明による例1(第2図)では、1 ba
rの水素圧力で100℃までの温度で水素含有量の90
%を取出すことができ、本発明によろ例2(第1図)で
はso ’cまでの温度で水素含有量の90%を取出す
ことができろ。等温取出し能力(一定温度における水素
の取出し)は80%まで[なる。しかしチタンの含有量
が増大すると、約3069重量%千タン以上ではこの有
利な水素化特性が失なわrLろ・比較のため例5・第4
図に31.13%のチタン含有量で示されているように
、既に31重量%のチタン含有量(比較のため例4゜第
3図)VCおいて・蓄積された水素の約70%だけが取
出し可能である。この場合も100℃まで水素含有量の
約70%だけ取出すことができる。
等温取出し能力は約40%に低下する。
第1図ないし第4図は水素蓄積材料の温度特性を示す線
図である。 手続補正書(方式) 昭和58年7月4日 特許庁長官若杉和夫 殿 1、事件の表示 昭和58年特 許 願第42467号 2、発明の名称 水素蓄積材料 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 (9]5 )名称 ダイムラー−ベンツ・アクチェンゲ
ゼルシャフト 4、代 理 人
図である。 手続補正書(方式) 昭和58年7月4日 特許庁長官若杉和夫 殿 1、事件の表示 昭和58年特 許 願第42467号 2、発明の名称 水素蓄積材料 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 (9]5 )名称 ダイムラー−ベンツ・アクチェンゲ
ゼルシャフト 4、代 理 人
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 チタン原子1個あたり2より多く最高2.2個の別
の原子が存在するという条件で、組成が25ないし30
.9重量%のチタン、10ないし42重量%のノζナジ
ウム、および27.1’qいし65.1重量%のマンガ
ンの合金からなる水素蓄積材料0 2 バナジウム原子の40%まで特に1oないし40%
が鉄原子により、バナジウム原子の10%まで特に3な
いし10%がアルミニウム原子により、ただし全体とし
てバナジウム原子の40%以下が鉄原子およびアルミニ
ウム原子により置換ぎnでいろことを特徴とする特許請
求の範囲第1項に記載の水素蓄積材料。 3、 チタンの代りに、チタン成分の20 %までをカ
ルシウム、イツトリウム、ランタン、混合金属あるい0
まその混合物により置換ぎnているような混合物が使用
さn2)ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
の水素蓄積材料。 4 合金中にチタン原子1個あたり0.2個までのクロ
ム原子が存在し、クロム原子が適当数のマンガン原子お
よび(あるいは)バナジウム原子により置換されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項の
いずnか1つに記載の水素蓄積材料。 5 合金中にチタン原子1個あたり0.1個ま〒のニッ
ケル原子あるいはチタン原子1個あたり0.05個まで
の銅原子が、ただし銅およびニッケルが同時に存在する
場合チタン原子1個あGよ)ノ々ナジウム原子を置換し
ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第
4項のいずれか1つに記載の水素蓄積材料。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE32103816 | 1982-03-20 | ||
DE3210381A DE3210381C1 (de) | 1982-03-20 | 1982-03-20 | Legierung zum Speichern von Wasserstoff |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58204148A true JPS58204148A (ja) | 1983-11-28 |
JPH059504B2 JPH059504B2 (ja) | 1993-02-05 |
Family
ID=6158909
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58042467A Granted JPS58204148A (ja) | 1982-03-20 | 1983-03-16 | 水素蓄積材料 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4457891A (ja) |
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