JPS60215724A - 水素吸蔵材料 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、水素貯蔵用機器や冷暖房用ヒートポンプ装置
等に用いる水素吸蔵材料に関する。

従来例の構成とその問題点 従来、水素を貯蔵あるいは輸送する目的で、各種の金属
水素化物が提案されている。これは、固体である合金中
に、それぞれ固有の温度、圧力条件、あるいは電気化学
的条件で水素を可逆的に吸蔵、放出しうるもので、すで
に見出されている材料としてＴｉ　−Ｍｎ系合金、希土
類元素＝Ｎｉ　系合金、　Ｔｉ　−Ｆｅ系合金などがあ
る。しかし、これらの材料は、常温で、数気圧の水素解
離平衡圧を有しており、水素を吸蔵操作する時には、１
ｏ気圧以上の圧力を要すること、夏季等の日中、大陽光
下では内圧が上昇しすぎることなどの欠点の他に金属水
素化物をヒートポンプ用の蓄熱材料として使用する場合
、各種温度の廃熱や、太陽熱を利用するためには、水素
平衡圧力が高すぎるという間刈がある。

そこで、本発明者らは、先に（ａ−Ｎｉ２元系合金を水
素吸蔵用として提案した（特開昭５３−１４１９３、特
開昭５３−１９１２９）。この系の合金は、前記問題点
のうち、水素貯蔵、輸送用としては満足する性質を有す
るものであるが、蓄熱材として各種熱源温度に対応する
ためには、水素平衡圧の変化中が小さすぎ、また平衡圧
をあまり高くすると水素吸蔵量が著しく減少する欠点が
ある。

発明の目的 本発明は、水素化反応熱応用装置において、各種熱源温
度や、各種水素圧力に対応し得、常温よりも幾分高温に
おいて有用である安価な水素吸蔵材料を提供することを
目的とする。

発明の構成 本発明の水素吸蔵材料は、一般式ＣａＮｉ、Ｍβで表わ
され、ＭがＯｒ　、　Ｍｎ　、　Ｆｅ　、　Ｇｏ　、　
Ｃｕ　、　Ｖ　、　Ｍｏ　。

Ｚｒ　、　Ｎｂ　、　Ｔａ　、　ｋｌ及びＳｉよりなる
群から選んだ少なくとも１種の金属からなり、（ａに対
するＮｉの原子比αが３．８〜Ｆ＋、８、Ｃａに対する
Ｍの原子比βが０．１〜１．６の範囲にあるものである
。まだ、前記範囲のうち、特に特性が優れたものは、原
子比αと原子比βの和が４．４〜４．７のものである。

実施例の説明 以下、本発明の水素貯蔵材について実施例により詳しく
説明する。

本発明の水素吸蔵材の製造は、例えば市販の純度９９％
の粒状Ｃａと、純度９９，９％の球状Ｎｉ。

板状Ｏｒ、板状Ｍｎ、板状Ｆｅ、球状ＣＯおよび粒状Ｃ
ｕ等を用い、アルゴン雰囲気中で、高周波溶解等の直接
溶解により容易に行なわれ、アルゴン雰囲気中で、約１
ｏｏｏ′Ｃで約１０時間焼鈍することにより、均質な単
−和合金が得られる。得られた合金塊を機械的に粉砕し
、これをステンレス鋼製の密閉容器内に保有し、室温で
直接、約１０気圧の水素ガスと接触させれば、直ちに水
素を吸収しはじめ、短時間のうちに水素化が完了し、例
えば室温下で、Ｃａ”４．５７　”０．１８　Ｈ５，７
のような水素化物を形成し、水素ガスを固体であるＣａ
Ｎｉ４．５７Ｍｎｏ、１ａ中に、大量に、しかも安全に
貯蔵、保持するっまた、この水素化物収納容器を、例え
ば約７０’Ｃ下で、大気圧に開放すれば、吸収した水素
を可逆的に放出する。次表に、本発明の水素吸蔵材料の
一例と、その２０°Ｃでの水素吸蔵量を示す。

この表から、本発明合金が、多量の水素を吸蔵すること
がわかる。

水素貯蔵、保持および水素との反応熱を利用した蓄熱用
媒体としての水素吸蔵材料を評価する方法は、多様であ
る。例えば、単位重量および単位体積当たりの吸蔵水素
量と放出水素量、初期水素化の容易性、水素吸蔵および
放出速度、吸蔵および放出温度、吸蔵および放出時の水
素平衡圧力。

水素吸蔵・放出時の反応熱量、水素吸蔵圧と放出圧のヒ
ステリシス、水素吸蔵時あるいは放出時の平衡圧力の変
化度、原材料の価格などがある３本発明者らが先に提案
したＴｉ　−Ｍｎ系の種々の合金水素化物や、Ｃａ−Ｎ
ｉ２元系合金水素化物は、前記要因のいくつかの点で優
れたものであった。

さて、冷暖房用ヒートポンプ装置や太陽熱蓄熱装置など
の水素化反応熱を利用した機器への適用という観点から
考えるならば、上記評価のだめの諸因子の中でも、水素
吸蔵および放出時の水素平衡圧力と、その時の温度が重
要項目である。すなわち、種々の熱源温度に対応しうる
適当な圧力を有する材料を安価に得られることが大事で
ある。

本発明の合金は、従来のものに比べ、これらの点で著し
く優れたものである。

本発明材料の一実施例のＰ（水素解離平衡圧の対数）−
Ｃ（水素吸蔵量）−丁（温度ニ一定）特性を第１図と第
２図に示す。第１図は２０°Ｃでの等温線を示し、図中
１はＣａＮｉ、、　Ｍｎ、　、８−　Ｈｘ。

２は””４，５７　Ｆｅ０，１８−　ＨＸ　Ｎ　３はＣ
ａＮｉ、、　Ｃｒ　−Ｈｘのものである。図のように、
＝Ｎ１４．３７　ＭＯｊ８において、ｙをＭｎ　、　Ｆ
ｅ　、　Ｏｒと変化させることによシ、水素解離平衡圧
の平坦域（プラトー圧）を順に低下させることが出来る
。また、第２図は７０’Ｃ，での等温線を示し、図中４
はＣａＮｉ４．８Ｃｕ、１−Ｈｘ、６はＣ１ａＮｉ、８
Ｃｕｏ、３−　Ｈｘ、　６はＣａ　Ｎｉ　４．８Ｃｕ１
．。−Ｈｘの特性を示している。同図よシ明らかなよう
に、Ｎｌ量に対して、Ｃｕ量が増大する程プラトー圧は
低下する。すなわち一般式０ａＮｉ、　Ｍｎで表わされ
る合金は、ＭがＭｎ　、　Ｃｕ、Ｇｏ　、　Ｆｅ　。

Ｃｒ　等の順にプラトー圧は低下し、また、α値は小さ
くなる程プラトー圧が低下し、また、β値は大きくなる
程プラトー圧が低下することがわかった。

以上の事実から、本合金に関し、均質な合金を合成しう
る範囲において、Ｍ（Ｏｒ、Ｍｎ、Ｆｅ。

Ｃｏｏ　、　Ｃｕ　、　Ｖ　、　Ｍｏ　、　Ｚ’ｒ　、
　Ｗｂ　、　Ｔａ　、ム］、Ｓｉ）の種類と、その量、
そしてＣａに対するＮｉＯ量を変化させることによって
、適用する装置の仕様に合致した任意のプラトー圧を有
する合金を設計し使用することが可能である。まだ本合
金系は、すべて従来の合金系に比べ、安価な材料である
っα値の特性に及ぼす傾向は、α値が３．８に近づく程
プラト−圧が下がり、水素吸蔵量は増大するが、平衡圧
の平坦域（プラトー域）が狭くなり、一定の圧力で水素
を吸蔵・放出しなくなる。またα値が６．８に近づく程
、プラトー圧は上昇するが、水素吸蔵量が減少する。従
って、α−３，８〜６．８が最適である。均質な単−札
合金を合成するという観点からも前記範囲が適当である
っ β値の特性に及ぼす傾向は、β値が１．６に近づく程プ
ラトー圧は下がり、水素吸蔵速度は増大し、安定性も向
上するが、水素吸蔵量は減少し、またプラトー域も狭く
なる。従って、β＝０．１〜１．５が最適と言える。α
値の場合と同様に、均質な単−和合金を合成するという
観点からも前記範囲が適当である。

Ｎ１とＭ原子との和の、Ｃａに対する比についてのべれ
ば、特に水素吸蔵・放出反応速度、水素吸蔵量の観点か
ら、金属間化合物Ａ　Ｂ５（Ａ　、　Ｂ　：金属原子）
より、幾分Ｃａ量が多いα＋β−４，４〜４．７が最適
である。この理由は、水素に対して親和力の大きいＣａ
が若干遊離している方が、ＣａＮｉ、Ｍβ合合金体とし
ての活性化エネルギーを小さくし、水素吸蔵材料として
の実用的特性を向上しうるからである。

発明の効果 本発明の水素吸蔵材料は、常温では、大気圧（１気圧）
以下の水素平衡圧を示すから、安全に長期間保持するこ
とが出来、逆に放出時、例えば太陽熱照射時の温度７０
”Ｃでは、使用に適した数気圧の水素平衡圧を有するか
ら水素貯蔵用として実用上、非常に便利であり、しかも
このような水素供給用としてではなく、冷暖房用ヒート
ポンプ装置に使用の際にはあらゆる熱源温度と圧力設計
に対応しうる性質を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例として示したＣａＮｉ’１．
３７　Ｍｏ、１８水素化物（Ｍ＝Ｍｎ　、　Ｆｅ　、　
Ｏｒ）のＰ（水素圧）−〇（水素吸蔵量）−丁（温度）
特性図、第２図は同じくＣａＮ１４．８Ｃｕβ（β＝○
。１　。 ０．３　、１．０）のＰ　−Ｃ−Ｔ特性図である。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ０ｔ２３４５６’１ 本糸吸Ｘ（童　〔水素）４子／ｌ（２し登盈ジ薫２図 ｏｔ２３４．５６’１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式ＣａＮｉ、Ｍｎで表わされ、ＭがＯｒ、Ｍ
   ｎ。 Ｆｅ　、　Ｇｏ　、　Ｃｕ　、　Ｖ　、　Ｍｏ　、　Ｚ
   ｒ　、　Ｎｂ　、　Ｔａ　、ムｌ及びＳｉよシなる群か
   ら選んだ少なくとも１種の原子からなシ、Ｃａに対する
   Ｎｉの原子比αが３．８〜５．８、Ｃａに対するＭの原
   子比βが０．１〜１．６であることを特徴とする水素吸
   蔵材料。
2. （２）　αとβの和が４．４〜４．７である特許請求の
   範囲第１項記載の水素吸蔵材料。