JPS60131942A - 超化学量合金の水素貯蔵材料 - Google Patents

超化学量合金の水素貯蔵材料

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JPS60131942A
JPS60131942A JP59244312A JP24431284A JPS60131942A JP S60131942 A JPS60131942 A JP S60131942A JP 59244312 A JP59244312 A JP 59244312A JP 24431284 A JP24431284 A JP 24431284A JP S60131942 A JPS60131942 A JP S60131942A
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JP
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hydrogen
hydride
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alloy
hydrogen storage
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JP59244312A
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ウイリアム イー ウオーレス
フエイズ ポーラリアン
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Beazer East Inc
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Koppers Co Inc
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005Reversible 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
    • C01B3/001Reversible 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
    • C01B3/0031Intermetallic compounds; Metal alloys; Treatment thereof
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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
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 光凱■背景 発貝■圀亙 多くの形式の金属間化合物が水素貯蔵材料として使用さ
れることば知られている。ここで特に興味のあるのは一
般式ZrCrFeTxのZrCr2−型合金によって提
供される水素貯蔵材料(ここでTはMn。
Fe+ Got Ni、 Cuであり、Xは0.1〜1
.0である)並びにそれらの水素化物であり、そしてそ
れらはC14六方品系結晶構造(C14hexagon
alcrystal 5tructure)を有するこ
とを特徴としている。
技術の状態 水素の貯蔵に適する材料は多くの要求基準を満足しなげ
ればならない。水素に対する大きな貯蔵容■のほかに、
水素貯蔵材料は速やかに、好ましくは1気圧に近い圧力
で吸収及び脱着すべきであり、かつ水素の吸収−脱着サ
イクル中に最小の履歴現象効果(hysl、eresi
s effect)を示さなければならない。
水素貯蔵材料として使用されて大きな注目を受けている
金属間化合物はZrCr2化合物の誘導体によって提供
され、その化合物はMgZn 2六方品系C14結晶構
造を特徴とするものである。ZrCr2系が多量の水素
を吸収する能力のあることはよく知られているが、Zr
Cr Z系より製造された水素化物があまりに安定で、
実施上意味のないこともよく知られている。水素貯蔵用
の改良せるZrCr2系の調査において、Zrの全部又
は一部に代わる他の元素を含有するが、その新しい合金
に保持されているZrCrz化学量を有する合金が調製
された。例えば5haltiel et al、、J、
 Less−Comm、 Metals+ 53117
〜131 (1977)には、化学量の溶岩用(Lav
es−phase)のZrCrz基化合物の性質におけ
る変化を実験式Zr(CoxM+−x)z及びZr(F
exM、−x) z(ここにおいてM=V、Cr、Mn
 、 xは0〜1である)による3d遷移金属でのクロ
ムの置換によって述べている。
超化学量(hyperstoichiometric)
 ZrMnz基合金に対し、Van Es5en及びB
uschcw、Van Es5en et■a1.、M
at、Res、Bull、15.’2249 1155
(1980)及びPourarian et al、、
 qChem、、85.3105 3111はZrMn
g+x+X≦1.8.における過剰のMnは水素化物の
蒸気圧を50倍も多くあげ、それはそれらを水素貯蔵用
により有用な物質としていることを示している。
衾肌q梃翌 改良せる水素貯蔵材料は実験式ZrCrPeTxにお(
1てT =Mn、 re、 Go、 Ni、 Cu、 
x = 0. 1〜1.0、好ましくは0.1〜0.8
で表わされる超化学量合金並びにその水素化物によって
提供される。
上記実験式の合金はZrCr2系より安定でない水素化
物を形成する能力と共に実質的な水素貯蔵容量を有し、
そのためにこれらの合金を高温度において水素貯蔵物質
用の適当な候補者となしている。
好丈支yス覇泗■■脱叫 本発明の合金はZr h Crとより成り、ここにMn
lie、 Got Ni、 Cuの1つがC14六方品
系結晶構造を有する超化学量合金を形成するだめの添加
されている溶岩用(1,avas−phase)金属間
化合物であることを概括的には特徴とするものである。
本発明の化合物に対する結晶構造は、次の範囲の概略値
を有するX−線回折によって得られる格子パラメーター
を特徴とするものである: a=4.97人〜5.01人 C=8.12人〜8.21人 これらの合金を生成する手順は次の通りである。
測定された量の成分を溶融温度に加熱するために銅ボー
トに収容する。加熱は代表的にはr、f、450Kll
z誘導加熱装置で行なわれる。銅ホードは真空−密封石
英管内に保持され、それにばTi−ゲッターしたアルゴ
ン流を加熱期間中通す。成分の溶融は成分の混合物を約
1500℃に約2分間加熱し、然る後その温度に約1分
間保つことによって起る。
次いで試料は約1分間の時間で室温に冷却され、硬化せ
る試料はボートで回転される。溶融と冷却とを代表的に
は4サイクル繰返す。通常、試料の実際上の損失は±0
.05%(重量)以内である。
全試料は約1000℃で2〜3時間均質化された。
水素貯蔵材料として好適なものとなるように試料を活性
化するために、約2gの焼鈍試料を、試料の水素化物を
形成するのに使用するのに適するステンレス鋼製耐圧反
応容器に収容する。反応容器は約io−’+−−ルの圧
力に排気され、次いで純水素を、初めに約25℃の反応
容器温度を有して、水素がもはや試料によって吸収され
なくなるまで、約40〜50aLmの圧力となるように
圧送する。
通常、2分以内、水素は初めに反応容器に導入され、反
応容器温度は約50℃に上昇する。次いで、反応容器は
30分の時間にわたって室温に冷却せしめられ、その時
間後反応容器の圧力は約45atmとする。反応容器に
おける圧力は常圧に低減し、次いで予め吸収した水素の
実質上全部を試料に対して脱着するために、約20分間
、io−”トールの圧力に試料をかける。水素の部分ば
試片から除かれ、圧力は金属に残る水素に該当する組成
に対し記録された。濃度は適当な補正で気体の法則(g
as law)を採用して設定された。平衡は数分内で
達成するが;水素圧は略々5時間一定に保たれた後だけ
記録された。PCI’、sは23〜約150℃の温度に
対し測定された。注意は水素の除去又は添加後、試料の
温度を安定化するために実験の各順序で払われた。これ
はPCI’!(の信頼すべき測定及び解離の熱及びエン
トロピーに対する正確な結果の取得に対し重要である。
水素容量値(In)は全試料に対し23℃、略40at
mで測定された。
完全に活性化された水素貯蔵試料を得るために、試料は
上記活性化処置に対して述べたような条件で約25の吸
収−脱着サイクルに4=Jされる。この活性化期間の終
りに、反復性の圧力−組成分布(repeatable
 pressure−composition pro
file)が得られる。水素化物での結晶構造のデータ
を得るのに、活性化された試料の一部は予め設定された
圧力−組成等温式により公知の組成に水素化される。そ
れから水素化された試料は液体窒素内で試料ポート(反
応装置)を急冷することによって迅速に冷却され、そし
て残りのガス状水素を速やかにポンプで排出する。Gu
altieri et al、の技術(J、 Apρj
、Phys、、 47.3432 (1976))によ
れば、僅かのトールの80□が試料の表面の反応を遅ら
せるために反応容器に導入され、それによって水素の中
に封鎖される。試料は室温に加熱された後、X線回折デ
ータが試料に対し得られる。
本発明の合金及びそれらの水素化物の生成を説明し、か
つ合金の特性及び性質についてデータを得るために、6
ケの合金及び水素化物を、前述の概略述べた処置により
実際に生成した。必要なパラメーター例えば成分の重量
、格子パラメーターおよび水素化特性を第1〜■表に集
録する。各成分は99.9%以上の純度を有しかつAl
fa Pro−ducLs、 VenLron Div
、、 Denvers、 MAより得た。
第1図は試料合金によって吸収された水素の量を示し、
又1. 5g atm H1モル合金の水素化物濃度に
おける、合金組成での解離水素圧の依存性(depen
dence)を示す。
本発明の超化学量Zr −Cr合金系の代表的実例に対
する第2〜7図の圧力−組成等温式はこの系のZrCr
z合金より重要な利点を示している。例えば、本発明の
水素化物の蒸気圧はZrCrzの2,000倍も高い。
本発明の合金は非常に速い水素の吸収−脱着を特徴とす
るものである。第8図及び第9図に示すように、80%
の完全水素吸収の状態は”I’=Fe。
Co、 Niに対し夫々約40秒、140秒、150秒
で達成されるが、一方T=Mn+ Cuを有する水素化
物に対しては、水素の80%が夫々略80秒、50秒で
吸収される。全試料は一定の活性表面を確保するために
、実験前に少くとも10回順番に吸収と脱着とをするこ
とによって活性化された。
吸収工程より遅いことが発見されている水素肌着速度の
場合、水素の殆んど170%が1”=Fe、 Co。
Niを有する水素化物に対し60〜100秒で解放され
、又水素の80%がT−Mn、 Cuを有する水素化物
に対し80℃で350〜450秒で脱着された。上記の
数字で示したこれらの性質はそれらを水素貯蔵月利とし
て有用なものとしている。
本発明の合金は第10図において代表的実施例に対して
示したようにZrCrFeMno、 eを除き、慣用の
LaN+s水素化物及び1゛神e水素化物に匹敵する比
較的低いエンタルピーΔHを有する。
ΔIIの小さい値は燃料としての水素の利用について有
意義である。水素の解放において吸収される熱が少ない
とき、水素化物に貯蔵される水素の燃料価値は水素化物
より水素を吸熱解放せしめるために、少ない熱を割り当
てなけれならないので、それに応じて増大する。ΔHの
小さい値は熱流要求が低減されるという追加の利点を有
する。これは水素化物の床(bed)は熱伝導特性が乏
しいので大量の水素化物の床を包含する大規模の用途に
は重要な因子とすることができる。
本発明の特定の実施例について述べたけれども、本発明
はこれに限定されるものでなく特許請求の範囲に入るす
べての変更及び修正を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
添付図面において、第1図はZrCrFeT、、 6水
素化物に対する室温(23℃)での1.5g原子水素1
モル合金の水素化物濃度における吸収水素容量と脱着水
素圧力とを示し; 第2〜7図は本発明の代表的実施例に対する圧力−組成
等温式(図中;第2図−ZrCrFeMno、++ −
Fl、第3図−ZrCrFe+、i H8第4図−Zr
CrFe+、 e −H1第5図−ZrCrFgCoo
、 8 H1第6図−ZrCrFeNio、 e −H
%第7図−ZrCrFeCuo、 e−旧; 第8〜9図は本発明の代表的実施例に対する水素の肌着
及び吸収曲線の動力学(図中:第8図は室温;第9図は
80℃における)であり;第10図は本発明の水素化せ
る合金の平均分解熱を示す。通常のLaNi5及びTi
Feの水素化物の分解熱も又比較の目的に包含する。 +00 第1図 ・・T・・、1類 第2図 第31 第411I $5WJ 第6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、下記の一般式で示されるような原子比におりる元素
    より成る合金 ZrCrFeTx (ここにおいて、TはMr++ Fe、 (+01− 
    N+ + にuより成る群より選ばれ、Xは0.1〜1
    .0の値を有す) 並びにそれらの水素化物。 2、一般式、ZrCrFeMno、 eによって示され
    る特許請求の範囲第1項記載の合金。 3、特許請求の範囲第2項記載の合金の水素化物4、一
    般式、ZrCrFeMnFeo、 bによって示される
    特許請求の範囲第1項記載の合金。 5、特許請求の範囲第4項記載の合金の水素化物6、一
    般式、ZrCrFeFeo、 eによって示される特許
    請求の範囲第1項記載の合金。 7、特許請求の範囲第6項記載の合金の水素化物8゜一
    般式、ZrCrFeCo6. @によって示される特許
    請求の範囲第1項記載の合金。 9、特許請求の範囲第8項記載の合金の水素化物。 10、一般式、ZrCrFeN1o、 sによって示さ
    れる特許請求の範囲第1項記載の合金。 比特許請求の範囲第10項記載の合金の水素化物。 12、一般式、ZrCrFeCu、、Hによって示され
    る特許請求の範囲第1項記載の合金。 13、特許請求の範囲第12項記載の合金の水素化物。 14、xが0.1〜0.8である特許請求の範囲第1項
    記載の合金。 15、xが0.1〜0.8である特許請求の範囲第1項
    記載の水素化物。
JP59244312A 1983-11-21 1984-11-19 超化学量合金の水素貯蔵材料 Pending JPS60131942A (ja)

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SE8405237D0 (sv) 1984-10-19
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