JPS59209134A - 水素を蓄積するための積層材料およびその製法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水素添加可能な材料内に水素を蓄積するため
の成層材料に関する。

水素を蓄積するために水素化物形成物を使用することは
公知である。特に金属か粒物が使用される。金属内にお
いて、水素は中間格子位置上に金属水素化物の形成の下
に結晶格子の形で貯留する。工業的な使用には高い蓄積
能を持つ金属或いは合金があてられる。金属か粒は圧力
容器内に充填され、約１００バール以下のガス圧下で水
素で負荷される。この場合、結晶格子での整然とした水
素超格子の形成によって水素の密度は液状の水素の密度
を越す。圧力が低下すると、蓄積物質は金属内において
原子的（ａｔｏｍａｒ　）に蓄積している水素を再びガ
ス空間内に放出する（このことに関しては、Ｈ０Ｗｅｎ
ｚｅ１者”　Ｍｅｔａｌｌ　Ｗａｓａｅｒｓｔｏｆｆｋ
ｒｉｓｔａｌｌｅｉｎＦｅｓｔｋｏｒｐｅｒｆｏｒｓｃ
ｈｕｎｇ　ｕｎｄ　Ｆｉｎｅｒｎｇｉｅｔｅｃｈｎｉｋ
”（固体研究およびエネルギー技術における金属−水素
結晶）　、Ｋｅｒｎｆｏｒｓｃｈｕｎｇｓａｎｌａｇｅ
　ＪｉｌｉｃｈＧｍｂＨ年報１９７６／７７　を参照さ
れたい。

金属か粒を水素に対して吸収性にするため、水素〜透過
性を妨げる酸化層或いは他の不純物を持たない金属の表
面を造る必要がある。このような表面は、金属か粒の活
性化によって造られる。この目的のため金属か粒は水素
雰囲気内で加熱され、次いで排気される。この場合物質
内に微細亀裂を有する酸化物を含まない表面が形成され
る。脆弱化の傾向を持つＰｅＴｉ−合金が特に適当であ
ることが解った（ドイツ連邦共和国特許第２８４０２６
５号参照）。

活性化方法を簡易化しようとする努力にも拘らず（ドイ
ツ連邦共和国公開特許公報第３０２２７０８号参照）、
活性化工程社金属か粒蓄積体の取扱いを複雑にしている
。また適当とされる水素化物形成物全部を所望の方法で
活゛性化することは不可能である。水素の選択と蓄積体
物質の工業的な要件への適合には限シがある。

冥土、蓄積体物質の負荷と除荷には著しい実熱量を伴う
。即ち、負荷工程線発熱的に行われ、除荷は吸熱的に行
われる。したがって金属か粒が充填されている加圧ガス
貯槽は熱交換器を備えておシ、この熱交換器は金属内に
おけるその都度の所望の水素交換を助勢するための加圧
ガス貯槽内における冷却と加熱を可能にする。熱交換器
の品質に、即ち達成された熱推移と熱移送とに加圧ガス
貯槽内の負荷工程と除荷工程の速度が依存している。こ
う云ったことから加圧ガス貯槽の構成とその運転には手
間と経費を要する。

本発明の課題は、水素添加可能な物質内での水素の蓄積
の際迅速な熱交換を可能にすることである。更に、その
都度の使用目的に適した水素化物形成物の選択を拡大す
ることである。

上記の課題は本発明によシ以下のようにして解決される
。即ち、水素添加可能な金属を蓄積体層として水素交換
の際発生される反応熱の吸収と導出に適している担持体
上に熱伝導可能に積層し、酸化を抑制しかつ水素透過性
の保護層で被覆することによって解決される。

この構成によシ、水素添加可能な金属と水素交換の除虫
じる反応熱の吸収と導出に適していてかつ上側に水素添
加可能な金属が蓄積体層として積層されている担持体と
の間の熱伝導性の結合が形成されることによって蓄積体
層の負荷と除荷の際の迅速な熱交換が保証される。担持
体のだめの材料とその容量は、反応熱が熱交換器を附加
的に内蔵させなくとも蓄積体層の担持体で可能であるよ
うに、即ち担持体によって吸収されるか或いは放出され
るように選択される。

蓄積体層はその自由表面が腐蝕を抑制しかつ水素透過性
の保護層で被覆されている。この保護層によシ、水素添
加可能な金属は酸化することがなく、したがって保護層
に境を接する全表向が支障のない水素交換のための使用
に供される。

これは適当々蓄積体物質を選択することによって着しく
増大される。水素による負荷と除荷を迅速に行うために
蓄積体層内にもはや微細亀裂を形成する必要がない。

蓄積体物質の熱吸収性担持体上での耐着を保証し、かつ
良好な熱推移を達するため、担持体と水素添加可能な物
質との間に熱伝導性の耐着層が設けられる（特許請求の
範囲第２項）。特許請求の範囲第３項によシ保護層およ
び耐着層として等しい物質を使用するのが有利である。

即ち、蓄積体層は腐蝕を抑制しかつ水素透過性の物質内
に適当な方法で完全に埋設されているのが有利である。

本発明の他の構成は特許請求の範囲第４項〜第９項に記
載した。これらの構成にょル担持体のための物質として
特に、高い熱容量と熱伝導性を持つ金属箔が使用される
。層材料の比重を僅かにするためとの担持体はアルミニ
ウム或いはアルミニウム合金から形成される。保頗層に
は、パラジウム或いはパラジウムを含んでいる合金が適
している。パラジウムは耐腐蝕性が良好であるばかシで
なく原子的な水素を形成する際の解媒としても知られて
いる。したがってパラジウムは室温での水素の透過を妨
げない。約２００〜４００℃の高い蓄積体温度を有する
蓄積体には鉄、ニッケル或いは白金から成る保護層も適
している。

蓄積体層を形成するには特に、ＬａＮｉ５．ＦθＴ　ｉ
ＭｎおよびＭｔ２’Ｈ１のような水素を発熱的に溶解し
、熱吸収の下に放出する金属或いは合金が適している。

水素の蓄積には、どんな平衡状態（等しい圧力、等しい
温度）にあっても重水素（Ｄ）のほぼ２倍の量の水素（
Ｈ）を吸収する、即ち同位体効果を有するバナジウムも
適している。したがって蓄積体物質としてバナジウムを
有する積層材料は同時に水素同位体分離に使用すること
ができる。水素添加可能な金属或いは合金のための耐着
層としては特にパラジウム或いはパラジウムを含んでい
る合金が適している。耐着励のための物質の選択は、担
持体の材料と蓄積体層の材料間における異なる熱伸び率
が、耐着層が担持体から、また蓄積体層が耐着層から剥
離しないように補償されるように行われる。

水素の蓄積および同時に同位体分離に有利に適している
積層材料は担持体としての５〜５０μｍの厚みのアルミ
ニウム箔とバナジウムから成シかつパラジウムから成る
０、０１〜０．２μｍの厚みの耐着層を介してアルミニ
ウム箔上に積層されていてかつ耐着層の厚みに相応する
パラジウムから成る保護層で覆われている約１〜２０μ
ｍの厚みの蓄積体層から成る。

本発明による積層材料の製造には、材料層の基礎材料上
への蒸着或いはスパッタリングのような積層方法が適し
ている。有利には、蓄積体層および保ｙ層が順次担持体
上に蒸着されるか或いはスパッタリング加工される。蓄
積体層と担持体との間に耐着層を必要とする場合には、
先づこの層を担持体上に蒸着或いはスパッタリング加工
によ多積層される。この方法は特に層材料の製造に適し
ている。なぜなら、この方法によって個々の層間の不純
物の少ない極めて否な結合を達することができるからで
ある。これらの層は直接相前後して担持体上に積層され
る。

本発明を以下に実施例によって詳説する。

積層材料のための担持体として１０μｍの厚さノアルミ
ニウム箔を使用した。このアルミニウム上に耐着層とし
て０．１μｍの厚みのパラジウムから成る層を蒸着した
。この耐着層をバナジウムで１０μｍの厚さに積層した
。保護層として０．１μｍの厚みのパラジウム層を８［
層した。積層し上った箔から薄い板片が打抜き可能であ
る。この板片は以下に述べる例えば加圧カス容器内に充
填可能である。

図面には、水素蓄積体として働く加圧ガス容器を図示し
た。この加圧ガス容器には積層制料が充填されている。

充填を行うため加圧ガス容器にはその加圧容器ジャケッ
ト１の内側に加圧ガス容器の底部に通じている心金２が
設けられておシ、この心金を介して積層材料から打ち抜
かれた部片３が加圧ガス容器の内室に挿入される。加圧
ガス容器は７ランジ４で真空密に閉鎖されている。超真
空密に形成されている弁５を介して加圧ガス容器は水素
を吸収しかつ放出するため開閉可能である。加圧ガス容
器の内室内への粗大な不純物の侵入を阻止するため、弁
５と蓄積容器との間の流れ空間内にフィルタ６が装着さ
れている。心金２は中空管として形成されておシ、その
円筒壁紘水素が積層された蓄積体物質内に流過するため
の加圧ガス容器の底部に通じる開口を備えている。

１００α３の内部容量を持つ加圧ガス容器を、アルミニ
ウム箔上に蓄積体層としてバナジウムを備えている上に
実施例として記載した積層材料から成る小板で、耐着兼
保護層としてのパラジウム使用の下に充填した。加圧ガ
ス容器を水素１　ｏ／の全負荷容量にあって室温でかつ
２０バールの圧力で１０秒以内にその容量の９０％まで
負荷した。水素吸収の間生じる反応熱は担持体の材料に
おいて放出された。この場合加圧ガス容器をほんの数℃
だけ加温したに過ぎない。

加圧ガス容器を空にしても温度降下は僅かであった。発
熱的な反応に必要な熱はアルミニウム担持体が与える。

積層材料は水素を蓄積するために加圧ガス容器内で使用
され−る以外に、例えば熱コンプレッサのだめの作業媒
体貯留体として或いはサーモスタットによシ作動する−
まだ公開されていないドイツ連邦共和国特許出願第Ｐ５
２２４７３１号に記載されている−逃し弁の温度感知器
内で使用可能である。蓄積層としてバナジウムを使用し
た場合積層材料は水素同位体の分離にも使用できる。

積層材料を造るためには、フラシュ方法或いは電子光線
銃による蒸着のような蒸着方法が適用される。フラシュ
方法の場合、合金のか固形の粒状粒子は著しく高温に加
熱されたるつは内で蒸発され、蒸気は冷却された箔に凝
縮される。

電子光線銃ではすべての蓄積体物質が蒸発され、担持体
上に沈澱される。この方法以外にスパッタリング加工も
適している。この場合、高電圧野内で貴ガスイオンを射
出することによって適当なターゲットから物質が剥離さ
れ、基材上に析出される。ターゲットと基材間には数千
ボルトの電圧が負荷されている。

【図面の簡単な説明】

図面は水素のための貯留容器の概略図である。 図中符号は、 １・・：加圧容器ジャケット ２・・・心金 ３・・・積層材料片 ４・・・７ランジ ５・・・弁 ６・・・フィルタ ＼ Ｕ止１−・−・ 図面の浄書（内容に変更なし） ；；２７　’ｉ、”１ 第１頁の続き ＠ｌ！　　間者　　パウル・メウフエルスドイツ連邦共
和国ガイレンキル ヒエン・ヘルマンーヨーゼフー ストラーセ１３ 手続補正書（方式） ％式％ １、　事件の表示 昭和５８年特許願第１８６０６８号 ２°　発１１ｃＲに　　水素を蓄積するだめの積層材料
およびその製法 ３、補正をする者 事件との関係　　　出願人 ４、代理人 イ１　　所　東京都港区虎ノ門二」′目８番１号（虎の
門−Ｌ気シル）〔電話０３　（５０２）　１４７６　（
代表）〕ｌ補正の対象 明、ｌ＋ｌＩｌ瞥の図面の簡単な説明の欄２４ユニ。２
．−“６ｂのδ′・、二、、に、’、　、’、”　：’
、　、−２五なし）１、　明細書の図面の簡単な説明の
欄を以下のように補正する。 「第１図は水素のための貯留容器の概略図、第２図は積
層材料の拡大図」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　水素添加可能な物質内で水素を蓄積するための積
   層材料において、水素添加可能な金属を蓄積体層として
   水素交換の際に発生する反応熱を吸収しかつ導出するの
   に適している担持体上に熱伝導可能であるように積層し
   、酸化を抑制しかつ水素透過性の保護層で被覆したこと
   を特徴とする、上記積層材料。 ２、蓄積体層が熱伝導性の耐着層を介して担持体上に積
   層されている、前記特許請求の範囲第１項に記載の積層
   材料。 ３、　保護層および耐着層として同じ材料が使用されて
   いる、前記特許請求の範囲第２項に記載の積層材料。 ４、　担持体として金属箔が使用されている、特許請求
   の範囲第１項から第２項までのうちのいずれか一つに記
   載の積層材料。 ５、　担持体がアルミニウム或いはアルミニウム合金か
   ら成る、前記特許請求の範囲第４項に記載の積層材料。 ＆　保護層がパラジウム或いはパラジウムを有している
   合金から成る、前記特許請求の範囲第１項に記載の積層
   材料。 ｌ　蓄積体層としてＬａＮｉ　５　、　ＦｅＴｉＭｎ　
   、　Ｍｔ　２Ｎｉ或いは■が使用されている、前記特許
   請求の範囲第１項に記載の積層体。 ８、　耐着層がパラジウム或いはバラ゛ジウムを含んで
   いる合金から成る、前記特許請求の範囲第７項に記載の
   積層材料。 ９、　０．０１〜０．２μｍの厚みの耐着層を介して互
   いに結合し合っていてかつ５〜５０μｍの厚みのアルミ
   ニウム箔とバナジウムから成る１〜２０μｍの厚みの蓄
   積体層が使用されておシ、かつ蓄積体層上に耐着層の厚
   みに相当するパラジウムから成る保護層が積層されてい
   る、前記特許請求の範囲第８項に記載の積層材料。 １ａ　　蓄積体層と保護層とを並列して担持体上で蒸着
   或いはスパッタリング加工し、この場合蓄積体層を場合
   によっては附着層の蒸着或いはスパッタリング加工後担
   持体上に積層することを特徴とする、上記積層材料を造
   るための方法。