JPS5822534B2 - 水素貯蔵用金属材料 - Google Patents
水素貯蔵用金属材料Info
- Publication number
- JPS5822534B2 JPS5822534B2 JP16979680A JP16979680A JPS5822534B2 JP S5822534 B2 JPS5822534 B2 JP S5822534B2 JP 16979680 A JP16979680 A JP 16979680A JP 16979680 A JP16979680 A JP 16979680A JP S5822534 B2 JPS5822534 B2 JP S5822534B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- alloy
- metal
- hydrogen storage
- xzr
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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-
- Y02E60/327—
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、水素を高密度にしかも安全に貯蔵しうる実用
的な水素貯蔵用金属材料に関する。
的な水素貯蔵用金属材料に関する。
。従来、ある種の金属、たとえば周期律人の１１．１−
■族の遷移金属は、水素と金属性の化合物を形成するこ
とが知られている。
■族の遷移金属は、水素と金属性の化合物を形成するこ
とが知られている。
これらの金属水素化合物は、たとえはＬａＨ３，ＣｅＨ
ａ 、Ｔ＋Ｈ２ｔ ＺｒＨ２ｊＶＨ、Ｎ ｂ １−１の
ように表現され、金属原子１個に対して最大３個の水素
原子を固体の金属中に結合させる。
ａ 、Ｔ＋Ｈ２ｔ ＺｒＨ２ｊＶＨ、Ｎ ｂ １−１の
ように表現され、金属原子１個に対して最大３個の水素
原子を固体の金属中に結合させる。
そして、これら単体金属材料はそれぞれ固有の温度、及
び圧力の水素雰囲気下で水素を吸収してこれを高密度で
保有し得、更に温度または圧力条件、あるいはそれらの
両方の条件を変化させることによって吸収水素を吐出さ
せ得るという性質を有している。
び圧力の水素雰囲気下で水素を吸収してこれを高密度で
保有し得、更に温度または圧力条件、あるいはそれらの
両方の条件を変化させることによって吸収水素を吐出さ
せ得るという性質を有している。
従って、金属水素化物を形成する金属は水素を貯蔵する
材料として使用することができる。
材料として使用することができる。
しかし、これら単体金属材料は、現在水素貯蔵法として
使われているガスボンベ方式に比較すると幾つかの欠点
を有している。
使われているガスボンベ方式に比較すると幾つかの欠点
を有している。
たとえは上記の金属水素化物の多くは金属と水素の結合
力が大きいので、水素を吸収したり、水素を吐出したり
する際に、苛酷な条件、即ち例えばＴｉについては常圧
付近で水素吸収を開始するには約４００℃以上の加熱が
必要であり、水素吐出には約６００℃以上の加熱が要求
されるという欠点をもっている。
力が大きいので、水素を吸収したり、水素を吐出したり
する際に、苛酷な条件、即ち例えばＴｉについては常圧
付近で水素吸収を開始するには約４００℃以上の加熱が
必要であり、水素吐出には約６００℃以上の加熱が要求
されるという欠点をもっている。
また幾分操作条件が緩和されたＴｌ系合金、即ぢＦｅＴ
ｉ、Ｔｉ（又はＺｒ）−Ｃｕ系合金、Ｔｉ（又はＺ［）
−Ｎｉ系合金でも水素吸収には、なお数１００℃以上の
加熱を比較的長時間行わなければならない。
ｉ、Ｔｉ（又はＺｒ）−Ｃｕ系合金、Ｔｉ（又はＺ［）
−Ｎｉ系合金でも水素吸収には、なお数１００℃以上の
加熱を比較的長時間行わなければならない。
−力、水素吸収及び水素吐出の操作条件が最も容易な金
属材料としてＲＮ ｒ ５．ＲＣＯ５（Ｒ二Ｌａ 、
Ｃｅ 、 Ｓｍ・・・）等の希七類元素の合金が知られ
ているが、これらの材料は非常に高価であり実用的では
ない。
属材料としてＲＮ ｒ ５．ＲＣＯ５（Ｒ二Ｌａ 、
Ｃｅ 、 Ｓｍ・・・）等の希七類元素の合金が知られ
ているが、これらの材料は非常に高価であり実用的では
ない。
金属水素化物は、金属結晶の格子中に水素が侵入し結合
する状態となるので、液体水素と同程度の密度で水素を
貯蔵し、１７かも固体の状態で水素を保持することがで
きるので、水素の取り出しと蓄積の速度、その方法など
が天川」的に満足な特性を備えていれは、現在のガスボ
ンベ方式、液体水素方式に取って替ることができるし、
固形化されているため安全性も極めて高い。
する状態となるので、液体水素と同程度の密度で水素を
貯蔵し、１７かも固体の状態で水素を保持することがで
きるので、水素の取り出しと蓄積の速度、その方法など
が天川」的に満足な特性を備えていれは、現在のガスボ
ンベ方式、液体水素方式に取って替ることができるし、
固形化されているため安全性も極めて高い。
本発明は、前記の如き操作条件が緩和できかつ比較的安
価で実用的な水素貯蔵用金属材料を提供することを目的
とする。
価で実用的な水素貯蔵用金属材料を提供することを目的
とする。
即ち、本発明による水素貯蔵用金属材料は、比較的安価
でかつ水素吸蔵量の大きいＺｒ、Ｍ、ｎの２元素を必須
成分とする合金であり、その化学組成をｘＺｒ−ｙＭｎ
（但しｘ、ｙはそれぞれＺｒ、Ｍｎの原子％を表す）で
表したときＸ−３５〜５０．ｙ：４Ｑ〜６５で、かつＸ
＋ｙ＝１００の関係を満足するものから成っている。
でかつ水素吸蔵量の大きいＺｒ、Ｍ、ｎの２元素を必須
成分とする合金であり、その化学組成をｘＺｒ−ｙＭｎ
（但しｘ、ｙはそれぞれＺｒ、Ｍｎの原子％を表す）で
表したときＸ−３５〜５０．ｙ：４Ｑ〜６５で、かつＸ
＋ｙ＝１００の関係を満足するものから成っている。
まず、ＺｒとＭｎとからｘＺｒ−ｙＭｎ合金を形成し、
これに常温の下、水素圧力を印加してＸＺｒ ｙＭｎ水
素化物を形成させて水素を金属中に貯蔵し、貯蔵の状態
においては、ｘＺｒ−ｙＭｎ水素化物が形成されること
を特徴としている。
これに常温の下、水素圧力を印加してＸＺｒ ｙＭｎ水
素化物を形成させて水素を金属中に貯蔵し、貯蔵の状態
においては、ｘＺｒ−ｙＭｎ水素化物が形成されること
を特徴としている。
本発明における各成分元素の含有量の設定理由は以下の
如くである。
如くである。
Ｚｒの含有割合Ｘが６０（原子％）を超えると、常温下
での水素放出能が非常に小さくなり、水素吸収（水素化
）に高温（約４００℃以上）、高圧（約５０Ｋｙ／ｉ以
上）なる水素化条件を必要とする純金属Ｚｒとその特性
が殆んど変わりなくなってしまう。
での水素放出能が非常に小さくなり、水素吸収（水素化
）に高温（約４００℃以上）、高圧（約５０Ｋｙ／ｉ以
上）なる水素化条件を必要とする純金属Ｚｒとその特性
が殆んど変わりなくなってしまう。
また３５以下になると、水素吸蔵能が小さくなる。
更にＸが６０をこえると均質な金属間化合物あるいは固
溶体を得る事が困難となる為、水素貯蔵用金属材料とし
ての優れた特性が失われやすい。
溶体を得る事が困難となる為、水素貯蔵用金属材料とし
ての優れた特性が失われやすい。
従ってＸ、ｙの範囲は前記の範囲内に保つ必要がある。
以下に具体例を以って本発明を更に詳細に説明する。
本発明は室温下で水素圧を５〜３０Ｋｐ／ｃＴＬ印加し
て金属水素化物を形成させ、水素を金属水素化物の形で
貯蔵し、水素を使用する場合には室温下で圧力を減じて
金属水素化物から水素を遊離させて取り出す。
て金属水素化物を形成させ、水素を金属水素化物の形で
貯蔵し、水素を使用する場合には室温下で圧力を減じて
金属水素化物から水素を遊離させて取り出す。
本発明の水素貯蔵用金属材料の一例として次表に示す如
き組成の合金を市販のＺｒ及びＭｎの純金属を用いてア
ルゴンアーク溶解し、試料を作製した。
き組成の合金を市販のＺｒ及びＭｎの純金属を用いてア
ルゴンアーク溶解し、試料を作製した。
これらの合金をそれぞれ耐圧反応容器に装填した後、前
記反応容器内から空気及びその他を排出し、次いで水素
ボンベより純度約９９．９９％の水素を反応容器内に導
入し、５〜３０Ｋｐ／ｉの範囲の適当な一定圧力に保ち
、室温で水素を前記組成の合金試料に吸収させた。
記反応容器内から空気及びその他を排出し、次いで水素
ボンベより純度約９９．９９％の水素を反応容器内に導
入し、５〜３０Ｋｐ／ｉの範囲の適当な一定圧力に保ち
、室温で水素を前記組成の合金試料に吸収させた。
かくして観測された水素吸収開始後飽和吸収された水素
量、及び常温、常圧の下で放出された水素量の割合を測
定したところ、次表に示す如き結果が得られた。
量、及び常温、常圧の下で放出された水素量の割合を測
定したところ、次表に示す如き結果が得られた。
表からも明らかなようにｘＺｒ ｙＭｎ合金は、室温
（約２０℃）の下で水素を極めて容易に吸収し、水素吸
収開始までに要する時間もほとんど不要で瞬時に水素を
吸収し、水素吸収能も大きいことが認められた。
（約２０℃）の下で水素を極めて容易に吸収し、水素吸
収開始までに要する時間もほとんど不要で瞬時に水素を
吸収し、水素吸収能も大きいことが認められた。
表中Ｆは既知のものであるが、本発明の合金Ａ〜Ｅは吸
収水素量が約５％以上も大きく、かつ、水素吸収速度も
Ｅでは約４０ ｃ）ｍ１７ｇ −ｖｕ’ｎ＋こ対しＦで
は約２００ｍ１Ｖ ＆一溝’７Ｌと２倍以上速いことが
わかった。
収水素量が約５％以上も大きく、かつ、水素吸収速度も
Ｅでは約４０ ｃ）ｍ１７ｇ −ｖｕ’ｎ＋こ対しＦで
は約２００ｍ１Ｖ ＆一溝’７Ｌと２倍以上速いことが
わかった。
なお、水素吸収速度は、室温（約２０℃）のもとて
の条件で測定した。
第１図はｘＺｒ ’ｎのＸと水素吸収速度との関係を
示す。
示す。
Ｘが６０より太きいものは、吸収速度が大きいが、水素
放出率が低下し、また合金価格も増大し、実用性の点で
好ましくない。
放出率が低下し、また合金価格も増大し、実用性の点で
好ましくない。
このように本発明は、従来のＴｉ、Ｚｒ等の純金属材料
あるいはＦｅＴｉ、Ｔｉ（又はＺｒ）−Ｃｕ系合金、Ｔ
ｉ（又はＺｒ） −Ｎｉ系合金に比べ、水素吸収温度、
水素吸収圧力、水素吐出温度、及び水素吐出圧力等の操
作条件がかなり緩和でき、水素吸収および吐出速度も著
しく速くなる。
あるいはＦｅＴｉ、Ｔｉ（又はＺｒ）−Ｃｕ系合金、Ｔ
ｉ（又はＺｒ） −Ｎｉ系合金に比べ、水素吸収温度、
水素吸収圧力、水素吐出温度、及び水素吐出圧力等の操
作条件がかなり緩和でき、水素吸収および吐出速度も著
しく速くなる。
更に合金材料や水素ガスの純度は低くても水素貯蔵用金
属材料として同様の優れた特性を示し、また希土類元素
の合金よりも安価であるため、より実用的である。
属材料として同様の優れた特性を示し、また希土類元素
の合金よりも安価であるため、より実用的である。
また、特に本合金ｘＺｒ−ｙＭｎ（Ｘ−３５〜６０゜ｙ
−４０〜６５）は水素吸収量が大きく反応速度が大きい
ため、高真空を必要とする真空管、ブララン管などの水
素ゲッター材、あるいはゲッターポンプ用材料として有
用である。
−４０〜６５）は水素吸収量が大きく反応速度が大きい
ため、高真空を必要とする真空管、ブララン管などの水
素ゲッター材、あるいはゲッターポンプ用材料として有
用である。
これらの用途は水素放出率の低いものの方がより好まし
い。
い。
本発明のｘＺｒ−ｙＭｎ合金をＸ線解析等により調べた
結果、その結晶構造は六方晶系に属し、その基本構造は
大部分がラーバス（Ｌａｖｅｓ）相のＭ ｇ Ｚ ｎ
２型を形成している事および合金の結晶格子定数がａ
＝４．９８〜５．０５人、ｃ＝８．１８〜８．２８人の
範囲にある本発明に係る合金が水素吸蔵能と反応速度の
点で優れた特性を有することを確認した。
結果、その結晶構造は六方晶系に属し、その基本構造は
大部分がラーバス（Ｌａｖｅｓ）相のＭ ｇ Ｚ ｎ
２型を形成している事および合金の結晶格子定数がａ
＝４．９８〜５．０５人、ｃ＝８．１８〜８．２８人の
範囲にある本発明に係る合金が水素吸蔵能と反応速度の
点で優れた特性を有することを確認した。
第２図に本発明のｘＺｒ−ｙＭｎ系合金をもとに、ラー
バス相ＭｇＺｎ２型の合金の結晶格子定数ａと室温下初
期水素吸収量との関係を示す。
バス相ＭｇＺｎ２型の合金の結晶格子定数ａと室温下初
期水素吸収量との関係を示す。
また第３図に同様に結晶格子定数Ｃと室温下、初期水素
吸収量との関係を示す。
吸収量との関係を示す。
図のように、格子定数ａは４．９８〜５．０５人の範囲
、格子定数Ｃは８．１８〜８．２８人の範囲において、
室温下で水素を多量に吸収することがわかり、この格子
定数の範囲は、合金組成で示せば、前記の Ｚｒ−ｙＭ
ｎにおいて、 Ｘ−３５〜６０゜ｙ二４０〜６５で、か
つｘ −１−ｙ−１００に対応することを確認した。
、格子定数Ｃは８．１８〜８．２８人の範囲において、
室温下で水素を多量に吸収することがわかり、この格子
定数の範囲は、合金組成で示せば、前記の Ｚｒ−ｙＭ
ｎにおいて、 Ｘ−３５〜６０゜ｙ二４０〜６５で、か
つｘ −１−ｙ−１００に対応することを確認した。
本発明に係る金属材料の如くラーバス層のＭｇ Ｚ ｎ
２型に属し、格子定数ａ、Ｃが各々ａ＝４．９８〜５
，０５人、Ｃ＝８．１８〜８．２８人の範囲にある合金
は、従来の純Ｌａ、Ｔｉ及びＺｒ単体金属及びＦｅＴｉ
、Ｔｉ （又はＺｒ） −Ｃｕ系、Ｔｉ（又はＺｒ）
−Ｎｉ系合金等と比較して、著しく水素化が容易であ
り、常温下で短時間に比較的多量の水素を吸収し金属水
素化物を形成するのが特徴である。
２型に属し、格子定数ａ、Ｃが各々ａ＝４．９８〜５
，０５人、Ｃ＝８．１８〜８．２８人の範囲にある合金
は、従来の純Ｌａ、Ｔｉ及びＺｒ単体金属及びＦｅＴｉ
、Ｔｉ （又はＺｒ） −Ｃｕ系、Ｔｉ（又はＺｒ）
−Ｎｉ系合金等と比較して、著しく水素化が容易であ
り、常温下で短時間に比較的多量の水素を吸収し金属水
素化物を形成するのが特徴である。
また上記のｘＺｒ−ｙＭｎ合金水素化物は、周囲温度を
変化させることにより可逆的に水素化物の形成、分解の
過程を繰り返すから、水素を該合金中に水素化物の形で
何回でも貯蔵することができる。
変化させることにより可逆的に水素化物の形成、分解の
過程を繰り返すから、水素を該合金中に水素化物の形で
何回でも貯蔵することができる。
本発明の水素貯蔵用金属材料は、ｘＺ ｒ −ｙＭｎな
る２元合金で示したが、前記のｘ、ｙの範囲でｘＺｒ−
ｙＭｎ合金の置換体、即ちＺｒあるいはＭｎをＣｒｔＣ
ｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ等の第３
、第４元素等で置換した合金についても同様の優れた特
性を示すことを確認した。
る２元合金で示したが、前記のｘ、ｙの範囲でｘＺｒ−
ｙＭｎ合金の置換体、即ちＺｒあるいはＭｎをＣｒｔＣ
ｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ等の第３
、第４元素等で置換した合金についても同様の優れた特
性を示すことを確認した。
以上述べたように本発明の水素貯蔵用金属材料は、水素
の実用的な貯蔵用材料として非常に優れたものである。
の実用的な貯蔵用材料として非常に優れたものである。
第１図はｘＺｒ−ｙＭｎのＸと水素吸収速度との関係を
示す図、第２図は本発明による金属材料に対してＸ線解
析の結果判明した結晶格子定数ａと室温下での初期水素
吸収量との関係を示す図、第３図は同じく結晶格子定数
Ｃと室温下での初期水素吸収量との関係を示す図である
。
示す図、第２図は本発明による金属材料に対してＸ線解
析の結果判明した結晶格子定数ａと室温下での初期水素
吸収量との関係を示す図、第３図は同じく結晶格子定数
Ｃと室温下での初期水素吸収量との関係を示す図である
。
Claims (1)
- １ ｘＺｒ−ｙＭ、ｎ合金（但しｘ、ｙはそれぞれの
原子％を表す）であってＸ−し５〜６ｏ、ｙ＝４０〜６
−少て、かつｘ−）ｙ＝１００である合金よりなること
を特徴とする水素貯蔵用金属」」料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16979680A JPS5822534B2 (ja) | 1980-12-01 | 1980-12-01 | 水素貯蔵用金属材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16979680A JPS5822534B2 (ja) | 1980-12-01 | 1980-12-01 | 水素貯蔵用金属材料 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP563576A Division JPS5288518A (en) | 1976-01-20 | 1976-01-20 | Metallic material for storing hydrogen |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57130677A Division JPS5839219B2 (ja) | 1982-07-26 | 1982-07-26 | 水素貯蔵用金属材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5677355A JPS5677355A (en) | 1981-06-25 |
| JPS5822534B2 true JPS5822534B2 (ja) | 1983-05-10 |
Family
ID=15893040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16979680A Expired JPS5822534B2 (ja) | 1980-12-01 | 1980-12-01 | 水素貯蔵用金属材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5822534B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6152336A (ja) * | 1984-08-18 | 1986-03-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素吸蔵合金 |
| 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 |
| JPS6227534A (ja) * | 1985-07-26 | 1987-02-05 | Nippon Yakin Kogyo Co Ltd | ジルコニウム系水素吸蔵用合金 |
-
1980
- 1980-12-01 JP JP16979680A patent/JPS5822534B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5677355A (en) | 1981-06-25 |
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