JPS62136547A - Hydrogen storing material and its production - Google Patents

Hydrogen storing material and its production

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Publication number
JPS62136547A
JPS62136547A JP61255531A JP25553186A JPS62136547A JP S62136547 A JPS62136547 A JP S62136547A JP 61255531 A JP61255531 A JP 61255531A JP 25553186 A JP25553186 A JP 25553186A JP S62136547 A JPS62136547 A JP S62136547A
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JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen
phase
cfe
hydrogen storage
bmn
Prior art date
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Application number
JP61255531A
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Japanese (ja)
Inventor
クオチ・ホン
クリシユナ・サプル
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Energy Conversion Devices Inc
Original Assignee
Energy Conversion Devices Inc
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage

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  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、例えば、加熱又は冷却のために低温熱源から
高温熱溜に熱エネルギを輸送するヒートポンプとして有
用な水素化物に係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to hydrides useful, for example, as heat pumps to transport thermal energy from a low temperature heat source to a high temperature heat reservoir for heating or cooling.

発明の背景 エネルギ生成用化石燃料源の消耗が増加の一途であるこ
とは世界的な傾向である。このため化石燃料の不足、イ
ンフレーション、景気後退及び化石燃料産出国での戦争
又は戦争の脅威に関する幾つものエピソードで示される
ように世界的なエネルギ危機が予想される。更に、この
傾向は寒冷地域から温暖地域への産業の逃避を激化させ
、その結果、経済的及び社会的な緊張と混乱とが深刻に
なっている。繰り返すエネルギ危機によって平和、安定
、経済成長及び経済発展が脅かされる。
BACKGROUND OF THE INVENTION It is a worldwide trend that the depletion of fossil fuel sources for energy production continues to increase. A global energy crisis is therefore expected, as evidenced by episodes of fossil fuel scarcity, inflation, recession, and war or threat of war in fossil fuel producing countries. Furthermore, this trend has intensified the flight of industry from colder regions to warmer regions, resulting in severe economic and social tensions and disruptions. Recurrent energy crises threaten peace, stability, economic growth, and economic development.

エネルギ危機を解決する1つの方法は、これまで十分に
利用されていないエネルギ源からエネルギを回収するこ
と、及び、既存のエネルギ源のエネルギをより有効に利
用することにある。このために、本発明は、エネルギ回
収、及び、エネルギ保存、汚染抑制、及び経済成長に係
る。本発明のこれらの目的はヒートポンプでの使用に特
に適した新規な水素貯蔵材料の開発によって達成される
One way to solve the energy crisis lies in recovering energy from hitherto underutilized energy sources and in making better use of the energy of existing energy sources. To this end, the present invention relates to energy recovery and conservation, pollution control, and economic growth. These objects of the invention are achieved by the development of a new hydrogen storage material particularly suitable for use in heat pumps.

従来のヒートポンプは圧縮機型である。圧縮機は騒音が
大きく、電力消費mが大きく、頻繁な保守を必要とし、
振動源となり、環境的に好ましくないフルオロカーボン
冷媒を使用する。圧縮機型ヒートポンプはこのような多
くの欠点をもつので化学的ヒートポンプ特に水素化物ヒ
ートポンプの開発が研究されている。例えば、Cont
Linghamの米国特許第4044819号及び5i
rovichの米国特許第4200144号及び代表的
水素化物ヒートポンプシステムに関して記載したり、A
、Rohy、 T、A、ArgabrfghL及びG、
D、’1ladaの[金属水素化物のヒートポンプ(M
etal l1ydride l1eaL Pump)
J、Proc、 17th InterSoc Ene
rgy Conv Eng Conf(1982)を参
照するとよい。
Traditional heat pumps are of the compressor type. Compressors are noisy, consume a lot of power, and require frequent maintenance.
Uses fluorocarbon refrigerants, which are a source of vibration and are environmentally undesirable. Because compressor-type heat pumps have many drawbacks, research is underway to develop chemical heat pumps, particularly hydride heat pumps. For example, Cont.
Lingham U.S. Pat. No. 4,044,819 and 5i
Rovich, U.S. Pat. No. 4,200,144 and representative hydride heat pump systems;
,Rohy, T.A., ArgabrfghL and G.
D, '1lada's [Metal Hydride Heat Pump (M
etal l1ydride l1eaL Pump)
J, Proc, 17th InterSoc Ene
rgy Conv Eng Conf (1982).

これら水素化物ヒートポンプは可逆的水素貯蔵原理に基
づいて動作する。これは以下のごとく説明される。
These hydride heat pumps operate on the reversible hydrogen storage principle. This is explained as follows.

M+ l/211t= MII+ Q。M+l/211t=MII+Q.

〔式中Mは水素化物形成体(formar)である〕。[wherein M is a hydride former].

Mは水素と反応して水素化物Mlfを形成する。このプ
ロセスは発熱反応であり熱mQを放出する。この熱量を
有効利用し得る。他方、逆反応では水素化物M11に熱
mQを供給すると出発水素化物形成体Mが再生され水素
が遊離乃至放出されて冷却効果を生じる。加熱及び/又
は冷却効果を生じるこのプロセスでは水素の移動だけが
生じるので圧縮機が不要である。その結果、圧縮機型ヒ
ートポンプの問題、即ち、騒音、振動及びその他の問題
が軽減又は解消される。
M reacts with hydrogen to form a hydride Mlf. This process is an exothermic reaction and releases heat mQ. This amount of heat can be used effectively. On the other hand, in the reverse reaction, when heat mQ is supplied to the hydride M11, the starting hydride former M is regenerated and hydrogen is liberated or released, producing a cooling effect. This process, which produces heating and/or cooling effects, does not require a compressor as only hydrogen transfer occurs. As a result, the problems of compressor type heat pumps, ie noise, vibration and other problems, are reduced or eliminated.

代表的な水素化物ヒートポンプシステムにおいては、2
種類の異なる金属合金水素化物を対にして使用する。水
素化物は、熱的及び物理的に分離乃至隔離されているが
水素流が生じるように相互接続されたベッドに内蔵され
ている。これが第1図に概略的に示されている。最初は
、水素化物Aが実質的に水素化されており水素化物Bは
実質的に水素化されていない。
In a typical hydride heat pump system, 2
Pairs of different metal alloy hydrides are used. The hydride is housed in beds that are thermally and physically separated but interconnected to create hydrogen flow. This is shown schematically in FIG. Initially, hydride A is substantially hydrogenated and hydride B is substantially unhydrogenated.

典型的なヒートポンプ冷却ザイクルは第2図に示す4段
階から成る。この図によれば、サイクルが以下のステッ
プを含む。
A typical heat pump cooling cycle consists of four stages as shown in FIG. According to this diagram, the cycle includes the following steps.

ステップl−Aにおける水素脱離及びBにおける水素吸
収を含む等温プロセス。
Step l - Isothermal process involving hydrogen desorption in A and hydrogen absorption in B.

ベッドAはTCで熱QCAを受は取る。ベッドBは(A
から放出された)水素を吸収しTMで熱−QMI3を周
囲に放出する。
Bed A receives and receives thermal QCA at TC. Bed B is (A
absorbs hydrogen (released from ) and releases heat-QMI3 to the surroundings in TM.

ステップ2−顕在加熱プロセス。Step 2 - Conspicuous heating process.

ベッドAは熱QSAを吸収しTCからTMに加熱され、
ベッドBは熱Q’ SI3を吸収しTMからTllに加
熱される。
Bed A absorbs heat QSA and is heated from TC to TM,
Bed B absorbs heat Q' SI3 and is heated from TM to Tll.

ステップ3−8での水素脱離及びAでの水素吸収を含む
等温プロセス。
Isothermal process including hydrogen desorption in steps 3-8 and hydrogen absorption at A.

ベッドBはTllの熱源から熱(QII8)を受は取る
。ベッド^はベッドBから放出された水素を吸収し熱油
にTMの熱−〇MAを送出する。
Bed B receives and takes heat (QII8) from the Tll heat source. The bed ^ absorbs the hydrogen released from the bed B and delivers the heat of TM to the hot oil.

ステップ4−顕在冷却プロセス。Step 4 - Conspicuous Cooling Process.

ベッド^は熱−Q″SAを放出しTMからTCに冷却さ
れてもとの状態に戻る。ベッドBは熱−〇SBを放出し
T11からTMに冷却されてもとの状態にもどる。
Bed ^ releases heat -Q''SA, is cooled from TM to TC, and returns to its original state.Bed B releases heat -0SB, is cooled from T11 to TM, and returns to its original state.

異なる水素化物は異なる圧力対組成(117M)曲線を
有し得る。所与の温度で各水素化物は有意量の水素の吸
収を開始する特定圧力を有する。特定量の水素が吸収さ
れるまで圧力は比較的一定に維持される。この点で、水
素化物をより以上の水素に曝露させても有意な組成変化
は生じない。ステップlで水素化物Aを含むベッドから
水素化物Bを含むベッドに水素を流lずダためには、水
素化物の対は上記の温度TC及びTMでAとBとの間に
適当な圧力差が存在するような特性を有していなければ
ならない。同様に、ステップ3で水素がベッドBからベ
ッドAに流れるように、水素化物の対は夫々温度T11
及びTMでBとAとの間に十分な圧力差が存在するよう
な特性を有していなければならない。
Different hydrides may have different pressure versus composition (117M) curves. At a given temperature each hydride has a certain pressure at which it begins to absorb significant amounts of hydrogen. The pressure remains relatively constant until a certain amount of hydrogen is absorbed. In this regard, exposing the hydride to more hydrogen does not result in significant compositional changes. In order to prevent the flow of hydrogen from the bed containing hydride A to the bed containing hydride B in step 1, the hydride pair is heated at the above temperatures TC and TM with a suitable pressure difference between A and B. must have such characteristics that it exists. Similarly, in step 3, the hydride pairs are each placed at a temperature T11 such that hydrogen flows from bed B to bed A.
and TM such that a sufficient pressure difference exists between B and A.

熱力学的問題に関する詳しい論文としては、A。For detailed papers on thermodynamic problems, see A.

Abclson及びJ、S、llorowitzの「金
属水素化物ヒートポンプの熱力学約分1fr(A Th
ermodynamic Analy−sis or 
a Metal l1ydride l1cat I’
ump)J、^rgonneNational Lab
oratoryNo、809427号を参考文献として
挙げておく。
Abclson and J. S. Lorowitz, “Thermodynamics of metal hydride heat pumps about 1 fr (A Th
Ermodynamic analysis or
a Metal l1ydride l1cat I'
ump) J, ^rgonneNational Lab
oratory No. 809427 is cited as a reference.

交互に瑳動作する用にTllニに調整された水素化物を
複数対組み合わU−使用することによって、負荷に対し
て連続冷却を行なうことが可能である。
Continuous cooling of the load can be achieved by using a combination of multiple pairs of hydrides tuned to TII for alternating operation.

また、水素吸収の発熱反応を利用することによって水素
化物ヒートポンプを加熱デバイスとして使用することも
可能である。
It is also possible to use hydride heat pumps as heating devices by utilizing the exothermic reaction of hydrogen absorption.

更に、水素化物ヒートポンプは任意の熱源を使用し得る
。例えばガス、電気、太陽熱、廃熱、地下水等を使用し
得る。従ってより有効で柔軟な熱利用が可能である。水
素化物システムがモジュール式の固体状態であり水素ガ
スが唯一の作動媒体なのでこれらのシステムはまた包装
適性もよい。
Additionally, hydride heat pumps may use any heat source. For example, gas, electricity, solar heat, waste heat, underground water, etc. can be used. Therefore, more effective and flexible heat utilization is possible. These systems also have good packability because the hydride systems are modular, solid state, and hydrogen gas is the only working medium.

ヒートポンプで使用するための可逆的水素貯蔵に適した
固体水素化物は幾つかの特性を有する必要がある。例え
ば、所与の動作温度での有効容量(capactty)
が大きい、広い温度範囲で動作し得る、水素吸収/脱離
の動特性(kinetics)がよい、長いサイクル寿
命を確保ずべく材料がも■造的に安定である、材料の水
素吸収圧力と脱離圧力との間のヒステリシスが小さい、
材料の熱伝導率が適度に高い、低コストで採算に合う、
等の要件を充足する必要がある。材料がこれらの特性の
いずれかに欠如しているとき、この材料は大規模商業利
用に向かない。
Solid hydrides suitable for reversible hydrogen storage for use in heat pumps must have several properties. For example, the effective capacity (capacity) at a given operating temperature
The hydrogen absorption pressure and desorption properties of the material are high, the hydrogen absorption/desorption kinetics are good, the material is structurally stable to ensure long cycle life, the hydrogen absorption pressure and desorption of the material are Small hysteresis between separation pressure and
The thermal conductivity of the material is moderately high, and the cost is low and profitable.
It is necessary to satisfy the following requirements. When a material lacks either of these properties, it is not suitable for large scale commercial use.

まノニ、車両、機械装置又はその他の同様の装置から得
られる廃熱を有効利用するためには脱離温度が比較的低
いことが必要である。
Relatively low desorption temperatures are necessary for effective utilization of waste heat obtained from vehicles, vehicles, machinery, or other similar equipment.

水素貯蔵材料の水素貯蔵容量の有意な低下を生じないで
吸収−脱離サイクルを反復し得るには、水素貯蔵材料の
可逆性が必要である。比較的短時間で水素の吸収又は脱
離を行なうために好ましい動特性、即ち吸収乃至脱離速
度が比較的大きいことが必要である。
Reversibility of the hydrogen storage material is necessary so that absorption-desorption cycles can be repeated without significant reduction in the hydrogen storage capacity of the hydrogen storage material. In order to absorb or desorb hydrogen in a relatively short time, it is necessary to have favorable dynamic characteristics, ie, a relatively high absorption or desorption rate.

水素化物ヒートポンプシステムの装置の設計に関しては
開発がかなり進んでいるが水素化物材料の開発は遅滞し
ている。従来技術の水素化物材料でヒートポンプシステ
ムの商業利用に必要な要件を全て充足している材料はな
い。
Although considerable progress has been made in the equipment design of hydride heat pump systems, the development of hydride materials has lagged behind. No prior art hydride material meets all the requirements necessary for commercial use in heat pump systems.

水素貯蔵材料の分野で最も普及した材料系は、単−相結
品質の二元金属又は三元金属の水素化物合金に基づく。
The most popular material systems in the field of hydrogen storage materials are based on bimetallic or ternary metal hydride alloys of mono-phase quality.

しかし乍ら、かかる従来技術の結品質材料は大規模な商
業利用に必要な最低条件をさえら充足させることができ
ない。多くの従来技術の結晶質材料の基本的制約は材料
の重量に比較して水素貯蔵容量が小さいことにある。
However, such prior art binder materials do not even meet the minimum requirements for large-scale commercial use. A fundamental limitation of many prior art crystalline materials is their low hydrogen storage capacity relative to the weight of the material.

別の制約はこれら材料の多くにおいて材料の脱離温度が
多くの用途に向かないほど高いことである。
Another limitation is that many of these materials have material desorption temperatures that are too high for many applications.

更に、従来技術の結晶質材料の多くは水素ガス中または
周囲環境からの汚染物に曝露されると汚染され易い。例
えば、多くの結晶質材料はppmのレベルの低濃度の酸
素が存在しても汚染される。
Additionally, many of the prior art crystalline materials are susceptible to contamination when exposed to contaminants in hydrogen gas or from the surrounding environment. For example, many crystalline materials become contaminated even in the presence of low concentrations of oxygen, at ppm levels.

一度汚染されると、材料の貯蔵特性がかなり低下しこの
ため材料は再活性化しないと使用できなくなるが、この
ような再活性化はコストも高く処理も凝雑である。
Once contaminated, the storage properties of the material are significantly reduced so that the material cannot be used unless it is reactivated, which is costly and complex.

水素貯蔵サイト(部位)即ち格子間部位の密度も、単−
相結晶質ホスト構造中の特有の化学m論によって制約を
受ける。単−相結晶質ホスト材料中の触媒活性の部位は
数が比較的少なく、単−相結品質構造の周期性を中断さ
せる偶発的表面不規則によって生じる。このような少数
の表面不規則の例として転位部位、結3斧フチ・ブ、表
面不純物及び外来吸収物(absorbaLe)がある
。これらの不規則は典型的には単−和結晶質材料の表面
に比較的少しだけ生じ材料のバルク全体には生じない。
The density of hydrogen storage sites, that is, interstitial sites, is also
The phase is constrained by the unique chemistry of the crystalline host structure. The sites of catalytic activity in single-phase crystalline host materials are relatively small in number and result from incidental surface irregularities that interrupt the periodicity of the single-phase quality structure. A few examples of such surface irregularities are dislocation sites, crystal edges, surface impurities, and foreign absorbents. These irregularities typically occur relatively little at the surface of the monocrystalline material and not throughout the bulk of the material.

触媒活性部位の密度は、単−相結晶質構造を機械的に壊
−Wは表面積を増すために該tyy造から粉末を形成す
ることによって限られた程度まで増加できる。粉末には
使用上の問題がある。何故なら、貯蔵された水素が後に
水素化物から放出されるときに粉末粒子又はその細分断
片は、水素ガスが燃料として使用される場所にポンプ輸
送されるときに水素ガスに随伴して搬出されるからであ
る。
The density of catalytic active sites can be increased to a limited extent by mechanically breaking the single-phase crystalline structure and forming a powder from the structure to increase surface area. Powders have problems in their use. This is because when the stored hydrogen is later released from the hydride, powder particles or subdivided fragments thereof are carried away along with the hydrogen gas as it is pumped to the location where it is used as fuel. It is from.

従来技術の金属ホスト単−相結品質水素貯蔵材料は、マ
グネシウム、マグネシウム−ニッケル、J<す’)ラム
、鉄−チタン、ランタンペンタニブケル及びその他を含
む。しかし乍らかかる従来技術の材料はいずれも水素化
物ヒートポンプ媒体を大規模商業利用するために必要な
所要特性、例えば、動作温度での有効な貯蔵容量、適格
な吸収/脱離の動特性(速度)等をもたない。例えば、
結晶質水素化マグネシウムは理論的には、式 貯蔵パーセント= +t/(lI+ M)〔式中、II
は貯蔵水素の重量、Mは貯蔵材料の重量〕に基づいて計
算すると約7.6重量%の水素を貯蔵し得る。(以後本
文中の全ての貯蔵パーセントはこの式に基づいて計算さ
れている)。しかし乍ら、マグネシウムのその他の水素
貯蔵特性はヒートポンプ材料としての大規模利用には適
格でない値を示す。
Prior art metal-hosted single-phase quality hydrogen storage materials include magnesium, magnesium-nickel, J<su')ram, iron-titanium, lanthanum pentane, and others. However, none of such prior art materials meet the required properties necessary for large-scale commercial use of hydride heat pump media, such as effective storage capacity at operating temperatures, adequate adsorption/desorption kinetics (rates), etc. ) etc. for example,
Theoretically, crystalline magnesium hydride has the formula storage percent = +t/(lI+M) [where II
is the weight of the stored hydrogen and M is the weight of the storage material], approximately 7.6% by weight of hydrogen can be stored. (All storage percentages hereinafter are calculated based on this formula). However, other hydrogen storage properties of magnesium do not qualify for large-scale use as a heat pump material.

マグネシウムは活性化が極めて難しい物質である。例え
ば米国特許第3479165号は、マグネシウムの活性
化には表面障壁の除去が必要であることを開示している
。水素化物状態への適当な変換率(90%)を得るため
にはマグネシウムの活性化を400℃〜425℃の温度
及び1000psiの圧力で数日間を要して行う必要が
ある。更に、かかる水素化物の脱離には典型的には、水
素脱離開始以前に比較的高温での加熱が必要である。該
特許の記載によれば、Mg1lt材料は脱離開始以前に
温度277℃に加熱する必要がある。適格な動作・出力
に到達するにはにり高い温度及びより長い時間が必要で
ある。
Magnesium is an extremely difficult substance to activate. For example, US Pat. No. 3,479,165 discloses that activation of magnesium requires removal of the surface barrier. To obtain adequate conversion (90%) to the hydride state, activation of the magnesium must be carried out at a temperature of 400 DEG C. to 425 DEG C. and a pressure of 1000 psi over several days. Additionally, such hydride desorption typically requires heating at relatively high temperatures before hydrogen desorption begins. According to the patent, the Mg1lt material needs to be heated to a temperature of 277° C. before desorption begins. Higher temperatures and longer times are required to reach acceptable operation and output.

脱離温度が高いため水素化マグネシウムは多くの用途、
特に例えば燃焼機関の廃熱の如き廃熱を脱菅に利用した
い用途に不適である。水素吸蔵(cha−rging)
プロセスで高い温度及び圧力を必要とすることも多くの
用途でのマグネシウムの使用を制限する。
Due to its high desorption temperature, magnesium hydride has many applications,
In particular, it is unsuitable for applications where it is desired to utilize waste heat, such as waste heat from a combustion engine, for de-scanning. Hydrogen storage (cha-rging)
The high temperatures and pressures required in the process also limit the use of magnesium in many applications.

その他の前記の単−相結品質材料も商業的要件を充足で
きない。例えば、MgJil14は、ヒートポンプで使
用される動作条件で十分な水素を抽出するための適当な
圧力組成曲線をもつ組み合わせ対を6たない。Vl+、
及びLaNjslleは商業利用するにはあまりに6高
価である。従来技術のある種の材料の別の欠点は適格な
時間内で材料に水素を充填できないことである。要する
に、従来技術の水素貯蔵材料で商業利用に必要な所望特
性を全て有するものはない。
Other single-phase quality materials mentioned above also fail to meet commercial requirements. For example, MgJil 14 has only six combination pairs with suitable pressure composition curves to extract sufficient hydrogen at the operating conditions used in heat pumps. Vl+,
and LaNjslle are too expensive for commercial use. Another drawback of certain materials of the prior art is the inability to fill the material with hydrogen within a reasonable amount of time. In short, no prior art hydrogen storage material has all the desired properties necessary for commercial use.

水素貯蔵体(storer)として利用された1つの合
金系は、チタン、バナジウム、マンガン及び鉄を種々の
組み合わせで含む合金系である。これに関しては、例え
ばRe1lly等の米国再発行特許第30.083号(
米国特許第3922872号の再発行)、Liu等の米
国特許第4353316号、Thernaucr等の米
国特許第4457891号及びGondo等の米国特許
第4488906号を参照するとよい。これらの参考文
献はいずれもチタン又はマンガンのいずれかを主相とし
バナジウムをほとんど又は全く含まない合金の使用を教
示している。Bcrnauer等の米国特許第4446
101号はバナジウム分量のより多い材料を開示してい
る。
One alloy system utilized as a hydrogen storer is an alloy system containing titanium, vanadium, manganese, and iron in various combinations. In this regard, see, for example, U.S. Reissue Patent No. 30.083 to Relly et al.
No. 4,353,316 to Liu et al., US Pat. No. 4,457,891 to Thernaucr et al., and US Pat. No. 4,488,906 to Gondo et al. All of these references teach the use of alloys with either titanium or manganese as the main phase and little or no vanadium. U.S. Patent No. 4446 to Bcrnauer et al.
No. 101 discloses materials with higher vanadium content.

しかし乍ら、材料の構造又は圧力対(IIハ1)挙動に
関しては全く説明されていない。
However, there is no explanation whatsoever regarding the structure of the material or its behavior versus pressure (II-c1).

水素貯蔵(llydrogen Storage fn
 Metal l1ydride) J、5cient
ific American、 Vol、242、No
、2、pp、118−129.1980年2月)、異な
る種類の材料、無秩序水素材料の使用によって従来技術
の材料の欠点の多くを克服することが可能である。例え
ば、Gucnter Yin−stelの米国特許第4
265720号[水素貯蔵材料(Sto−rage M
aterials for Ilydrogcn)Jは
、アモルファス又は微細晶質Uinely  crys
talline)シリコンの水素貯蔵体を記載している
。シリコンは好ましくは適当な触媒と組み合わせて基板
に設けられた薄膜である。
hydrogen storage
Metal l1ydride) J, 5cient
ific American, Vol, 242, No.
, 2, pp. 118-129. February 1980), it is possible to overcome many of the drawbacks of prior art materials by using a different type of material, a disordered hydrogen material. For example, Gucnter Yin-stel's U.S. Pat.
No. 265720 [Hydrogen storage material (Sto-rage M
materials for Ilydrogcn) J are amorphous or microcrystalline Uinely crys
talline) describes a silicon hydrogen storage body. The silicon is preferably a thin film applied to a substrate in combination with a suitable catalyst.

Ma/sumoto等の日本特許出願第55−1674
01号[水素貯蔵材料(Ilydrogen Stor
age Material)Jは、少なくとも50体積
%のアモルファス構造を含む2元素又は3元素の水素貯
蔵材料を開示している。第1元素はCas Mg、 T
i5Zrs or、 v、 Nb、 Ta、 Y及びラ
ンタニドから選択される。第2元素はAI、 Cr、 
Fe。
Japanese Patent Application No. 55-1674 of Ma/sumoto et al.
No. 01 [Hydrogen storage material (Ilydrogen Stor)]
Age Material) J discloses bi- or tri-element hydrogen storage materials containing at least 50% by volume of amorphous structure. The first element is Cas Mg, T
selected from i5Zrs or, v, Nb, Ta, Y and lanthanides. The second element is AI, Cr,
Fe.

Go、 Ni、 Cu、 Mn及びStのグループから
選択される。
Selected from the group Go, Ni, Cu, Mn and St.

B1C5P及びGeのグループから選択される第3元素
は任意に存在し得る。第55−167401号の教示に
よれば、多くの結晶質系の欠点たる高い脱離乃至解離温
度の問題を克服するためにアモルファス構造が必要であ
る。高い脱離温度(例えば150℃以上)は系の用途を
厳密に制約する。例えば、エアコンとして使用されるヒ
ートポンプは室温で作動する必要がある。MaSumO
tO等によって示唆された材料は適当な圧力対組成曲線
をもつ適当な組み合わせ対をもたない。
A third element selected from the group B1C5P and Ge may optionally be present. According to the teachings of No. 55-167,401, an amorphous structure is necessary to overcome the high desorption or dissociation temperatures that are a drawback of many crystalline systems. High desorption temperatures (eg, above 150° C.) severely limit the applications of the system. For example, heat pumps used as air conditioners need to operate at room temperature. MaSumO
The materials suggested by tO, etc. do not have suitable combination pairs with suitable pressure versus composition curves.

Ma/sumoto等によれば、50%以上のアモルフ
ァス構造をもつ材料は、結晶質材料の様に個々の原子の
結合エネルギが均一でなく広い範囲に分布しているので
比較的低温で少なくともある程度の水素を脱離し得る。
According to Ma/sumoto et al., materials with an amorphous structure of 50% or more have at least some degree of amorphous structure at relatively low temperatures because the bond energies of individual atoms are not uniform and distributed over a wide range, unlike crystalline materials. Can desorb hydrogen.

かかるアモルファス材料は結晶質材料に特有の平坦なヒ
ステリシス曲線(圧力等温線)をもたない。従って、少
なくともある程度の水素が比較的低温で脱離する。
Such amorphous materials do not have the flat hysteresis curves (pressure isotherms) characteristic of crystalline materials. Therefore, at least some hydrogen is desorbed at relatively low temperatures.

Ma/’sumoLo等は50%以上のアモルファス(
非晶質)構造を含む材料を特許請求の範囲に記載してい
る。
Ma/'sumoLo etc. are more than 50% amorphous (
Materials containing an amorphous structure are claimed.

Ma/sumoLo等は「アモルファス(非晶質)」な
る用語の意味については特に解説していないが、この用
語の科学的に受は入れられている定義は約20Å以下の
最大短距離秩序をらつことである。
Ma/sumoLo et al. do not specifically explain the meaning of the term "amorphous," but the scientifically accepted definition of this term is that it includes maximum short-range order of less than about 20 Å. That's one thing.

平坦でないヒステリシス曲線による脱離動特性の改良を
達成するためのMaI!SUmO1O等によるアモルフ
ァス材料の使用は、不完全で部分的な解決でしかない。
MaI! to achieve improved desorption dynamics due to non-flat hysteresis curves! The use of amorphous materials such as SUmO1O is an incomplete and only partial solution.

結晶質水素貯蔵材料で見られる別の問題は、特に室温で
の水素貯蔵材料が小さいことである。
Another problem encountered with crystalline hydrogen storage materials is their small size, especially at room temperature.

しかし乍ら、無秩序(不規則)ヤ#イヰな孕安定水素貯
蔵材料の変性(乃至修飾又は変更:modifi−ca
t 1on)を十分に利用すると、水素貯蔵特性の向上
、即ち、ザイクル寿命の延長、物理的強度の向上、吸収
/脱離温度及び圧力の低減、可逆性及び化学的汚染耐性
の向上等が得られる。無秩序(不規則)な(1が造的に
lVi安定の水素貯蔵材料は、5tan−ford、I
i、0vshinskySKrishna 5apru
、 Krystyna Dec及びKuochih I
longの米国特許第4431561号[水素貯蔵材料
及びそのイ響製方法(llydrogen Stora
ge Materials and Method o
f Making the Same)Jに記載されて
いる。該特許の記載によれば、化学的に変性され熱力学
的に準安定な構造を特徴とする無秩序(不規則)水素貯
蔵材料は、広範囲の商業利用に適した望ましい水素貯蔵
材料全てをもつように要求に応じて調製され得る。変性
水素貯蔵材料は、単−相結品質ホスト材料よりら高い水
素貯蔵容量を持つようになっている。水素とこれら変性
材料中の貯蔵部位との間の結合強度は、広範な結合筒を
得るように調製され得る。化学的に変性され熱力学的に
べ「(安定な(1が造を6つ無秩序(不規則)水素貯蔵
材料ではまた、触媒活性部位の密度が顕著に増加してお
り、このため水素貯蔵動特性(吸脱速度)と耐汚染性と
が向上している。
However, it is difficult to modify (or modify or change) disordered (irregular) and stable hydrogen storage materials.
Full utilization of t 1on) can lead to improved hydrogen storage properties, i.e., extended cycle life, increased physical strength, reduced absorption/desorption temperatures and pressures, improved reversibility and resistance to chemical contamination, etc. It will be done. The disordered (disordered) (1 is structurally lVi stable hydrogen storage material is 5tan-ford, I
i, 0vshinskySKrishna 5apru
, Krystyna Dec and Kuochih I
US Pat. No. 4,431,561 to Long
ge Materials and Methods
f Making the Same) J. The patent states that a disordered hydrogen storage material characterized by a chemically modified and thermodynamically metastable structure is a desirable hydrogen storage material suitable for widespread commercial use. Can be prepared on request. The modified hydrogen storage material is designed to have a higher hydrogen storage capacity than the mono-phase quality host material. The bond strength between hydrogen and storage sites in these modified materials can be tailored to obtain a wide range of binding barrels. Chemically modified and thermodynamically stable (disordered) hydrogen storage materials also have a markedly increased density of catalytic active sites, which reduces the hydrogen storage dynamics. The characteristics (adsorption/desorption rate) and contamination resistance are improved.

選択されたホストマトリクス(母材料)に組み込まれた
複数の選択変性剤の相乗効果によって、水素貯蔵が可能
な、化学的、物理的及び電子的構造及び配座を安定させ
る程度及び品質の構造的及び化学的変性が得られる。
The synergistic effect of multiple selective modifiers incorporated into selected host matrices creates a degree and quality of structural stability that stabilizes the chemical, physical, and electronic structures and conformations that are capable of hydrogen storage. and chemical modification are obtained.

変性水素貯蔵材料の措成組織は軽量ホストマトリクスで
ある。ホストマトリクスは、所要の水素貯蔵特性を与え
る局所的化学的環境を無秩序(不規則)材料に与える選
択変性元素で構造的に変性されている。
The structure of the modified hydrogen storage material is a lightweight host matrix. The host matrix is structurally modified with selective modifying elements that provide the disordered material with a local chemical environment that provides the required hydrogen storage properties.

0vshtnsky等によって記載されたホストマトリ
クスの別の利点は、実質的に連続的な範囲の種々のパー
センテージの変性元素によって該ホストマトリクスが変
性され得ることである。このため、ホストマトリクスを
変性剤によって処理して特定用途に適した特性をもつ水
素貯蔵材料を調製又は加工し得る。これは、使用できる
化学量論の範囲が一般に極めて限定されている多成分単
−相ホスト結晶質材料と対照的である。かかる結晶質材
料ではその熱力学及び動特性の化学的及び構造的変性の
連続範囲の制御は不可能である。
Another advantage of the host matrix described by Ovschtnsky et al. is that it can be modified with varying percentages of modifying elements in a virtually continuous range. To this end, the host matrix can be treated with modifiers to prepare or process hydrogen storage materials with properties suitable for specific applications. This is in contrast to multicomponent single-phase host crystalline materials, which generally have a very limited range of usable stoichiometry. Such crystalline materials do not allow continuous range control of chemical and structural modification of their thermodynamic and kinetic properties.

これら無秩序(不規則)水素貯蔵材料の更に別の利点は
、これら材料が極めて高い耐汚染性をもっことである。
A further advantage of these disordered hydrogen storage materials is that they have extremely high resistance to contamination.

前記のごとくこれら材料は触媒活性部位の密度が極めて
高い。従って、所定数のかかる部位が汚染種乃至触媒母
種の効果の犠牲になっても多数の汚染されない活性部位
が残存し所望の水素貯蔵動特性を与え続ける。
As mentioned above, these materials have extremely high densities of catalytically active sites. Therefore, even if a given number of such sites are sacrificed to the effects of contaminating species or catalyst host species, a large number of uncontaminated active sites remain and continue to provide the desired hydrogen storage kinetics.

これらの無秩序(不規則)材料の別の利点は、単−相結
晶質材料よりも高い機械的柔軟性をもつように設計され
得ることである。例えば無秩序(不規則)材料は膨張及
び収縮中により大きいひずみを生じることができ、従(
て吸収脱離ザイクルでの機械的安定性が向上する。
Another advantage of these disordered (irregular) materials is that they can be engineered to have higher mechanical flexibility than single-phase crystalline materials. For example, disordered (irregular) materials can undergo greater strain during expansion and contraction, and
The mechanical stability in the absorption-desorption cycle is improved.

l」二に在 本発明によれば、水素貯蔵容量が向上し水素貯蔵特性が
高められた変性無秩序(不規則)水素貯蔵材料を提供す
ることが゛可能である。これら材料は水素化物ヒートポ
ンプシステムでの使用に特に適している。
Second, according to the present invention, it is possible to provide a modified disordered hydrogen storage material with improved hydrogen storage capacity and improved hydrogen storage properties. These materials are particularly suitable for use in hydride heat pump systems.

本発明によれば、新規な種類の無秩序(不規則)多成分
多相多結品質水素貯蔵材料が提供される。
According to the present invention, a novel class of disordered (irregular) multicomponent multiphase polycrystalline quality hydrogen storage materials is provided.

これら材料は複数の相をもち、各用向に組成的及び構造
的秩序が存在し、各相間に組成的及び構造的無秩序(不
規則)が存在する。得られた無秩序(不規則)多成分多
相多結晶質材料は高い水・水貯蔵容量と高い可逆性とを
もつ。好適具体例において材料は少なくとも2つの相、
即ちVを極めて多量に含む主相と、Ti、 V及びFe
を比較的多量に含む粒子間相とをもつ。例えばTiを極
めて多量に含む別の介在物相が任意に存在してもよい。
These materials have multiple phases, with compositional and structural order in each application and compositional and structural disorder between each phase. The resulting disordered (irregular) multicomponent multiphase polycrystalline material has high water/water storage capacity and high reversibility. In a preferred embodiment the material has at least two phases:
That is, a main phase containing an extremely large amount of V, and a main phase containing Ti, V and Fe
It has an interparticle phase containing a relatively large amount of. A further inclusion phase may optionally be present, for example highly enriched in Ti.

特に好ましい具体例においては、多成分多相多結晶質材
料が公称乃至仕込組成TiaVbMncFca (式9
式% 1.31及び1.6< b+ d< 2.0 )をもつ
。主結晶質相は化学量論式TiaVbMnaFedC式
中、12< a< 18.53<’b<59.9<c<
11及び17< d< 21 )で示される。連続粒子
間相は化学量論式TisVbMncPedC式中、31
< a< 36.23< b< 26.10<C<12
及び29< d< 34 )で示される。
In particularly preferred embodiments, the multi-component, multi-phase, polycrystalline material has a nominal charge composition TiaVbMncFca (Equation 9
It has the formula % 1.31 and 1.6<b+d<2.0). The main crystalline phase has the stoichiometric formula TiaVbMnaFedC, where 12<a<18.53<'b<59.9<c<
11 and 17<d<21). The continuous interparticle phase has the stoichiometric formula TisVbMncPedC, where 31
<a<36.23<b<26.10<C<12
and 29<d<34).

これら材料は比較的多量の水素、例えば約1.45重量
%を上回る水素を可逆的に貯蔵し得る。材料は更に、有
利な圧力一温度−速度の水素吸収−脱離の動特性を有す
ることを特徴とする。
These materials can reversibly store relatively large amounts of hydrogen, such as greater than about 1.45% by weight. The material is further characterized as having advantageous pressure-temperature-rate hydrogen absorption-desorption kinetics.

従来技術の材料と違って本発明の材料は結晶質であって
もアモルファスであっても無秩序(不規則)な多結晶質
構造をもつ。
Unlike prior art materials, the materials of the present invention have a disordered polycrystalline structure, whether crystalline or amorphous.

本発明の種類の水素化物材料を利用する熱化学的ヒート
ポンプら本発明の範囲に包含される。ヒートポンプは少
なくとも一対の水素化物ベッドを含み、これらベッド間
で水素が移動できるようにベッド間にコネクタが備えら
れている。ベッドの少なくとも1つは本発明の多成分多
相多結晶質材料から成る。
Thermochemical heat pumps utilizing hydride materials of the type of the present invention are included within the scope of the present invention. The heat pump includes at least one pair of hydride beds with connectors between the beds to allow hydrogen to be transferred between the beds. At least one of the beds is comprised of the multicomponent, multiphase, polycrystalline material of the present invention.

添付図面に基づいて本発明を以下に説明する。The invention will be explained below based on the accompanying drawings.

几止丘 本発明の材料は無秩序(不規則)多成分多相多結晶質水
素貯蔵材料である。「無鉄尼又は1規則」なる用語は、
相間に組成的及び構造的秩序が存在せず用向にかかる秩
序が存在する材料を意味する。
The material of the present invention is a disordered (irregular) multicomponent multiphase polycrystalline hydrogen storage material. The term “Mutetsuni or 1 rule” is
It refers to a material in which there is no compositional or structural order among the phases, but in which there is a functional order.

材料はアモルファス又は多結晶質(但し組成的長距離秩
序をもたない)又は微品質構造のいずれでもよく、又は
これら相のいずれかを組み合わせて含む均質混合物でも
よい。本発明で開示される新規な種類の水素貯蔵材料は
主として多結晶質構造を含む多相構造である。「無鉄も
又は諏規則」なる用語は、相間で構造的及び組成的な長
距離秩序が存在しないことを意味する。「多結晶質」な
る用語は、材料が局所的構造的秩序をもち主相の結晶子
サイズが300Å以上の範囲であることを意味する。
The material may be either amorphous or polycrystalline (but without compositional long-range order) or microstructured, or it may be a homogeneous mixture containing any combination of these phases. The novel class of hydrogen storage materials disclosed in the present invention is a multiphase structure that primarily includes a polycrystalline structure. The term "iron-free order" means the absence of long-range structural and compositional order between the phases. The term "polycrystalline" means that the material has local structural order and the crystallite size of the main phase is in the range of 300 Å or more.

好適具体例においては、局所構造秩序と結晶子サイズと
が5〜100μの範囲である。特に好ましい具体例では
結晶子サイズがlO〜15μである。
In preferred embodiments, the local structural order and crystallite size range from 5 to 100 microns. In particularly preferred embodiments, the crystallite size is between 10 and 15 microns.

本発明の材料は、粒子間相によって実質的に包囲された
少なくとも1つの主結晶質相を含む多相である。尚、1
つ以上の介在物相が存在していてらよい。発明者等の見
解では、結晶子を実質的に包囲する粒子間相が吸収及び
脱離プロセス中に結晶子に水素を出入させる水素輸送導
管として機能し、また、1つ以上の介在物相が水素化物
に対する水素の吸収及び脱離を触媒的に補助ずべく機能
すると考える。但し、この見解を固執するつもりはない
The materials of the present invention are multiphase, comprising at least one predominant crystalline phase substantially surrounded by an intergranular phase. Furthermore, 1
More than one inclusion phase may be present. The inventors believe that the interparticle phase that substantially surrounds the crystallites acts as a hydrogen transport conduit for transporting hydrogen into and out of the crystallites during absorption and desorption processes, and that one or more inclusion phases It is thought that it functions to catalytically assist the absorption and desorption of hydrogen from hydrides. However, I do not intend to adhere to this view.

主たる結晶予相が粒子間相によって包囲されている。異
なる2つの介在物相が材料中に散在的に生じていてらよ
い。
The main crystal prephase is surrounded by the interparticle phase. Two different inclusion phases may occur scattered throughout the material.

本文中に記載のサンプルは誘導溶融によって調製され得
る。サンプルの公称組成を以下の表■に示す。粉末状に
した実験室グレードの構成元素、チタン、バナジウム、
マンガン及び鉄を完全に混合しr「誘導炉で完全に溶融
するまで加熱し次に冷却して凝固インゴットを形成する
。次に従来の方法でインゴットを細分して本発明材料を
形成する。
The samples described herein can be prepared by induction melting. The nominal composition of the sample is shown in Table ■ below. Powdered laboratory grade constituent elements, titanium, vanadium,
The manganese and iron are thoroughly mixed and heated in an induction furnace until completely molten and then cooled to form a solidified ingot. The ingot is then subdivided in conventional manner to form the material of the invention.

表1 サンプル#   公称組成   水素重量%108  
  Ti:+sMntoV4tFQto   1.80
110    TiffJn+oV4.Fct+   
1.85116    Tia+Mrl++V+oFO
t*   1.60115    TisaMn+oV
a7PO+o   2.80117    Ti3+M
n++Va7Fe、2.9任息に、粉末状材料に圧力下
の水素を作用させて粉末状材料を活性化してもよい。1
つの好適具体例においては、450psi以上の圧力の
水素雰囲気下で少なくとも30分間室温乃至周囲温度で
活性化が行なわれる。別の好適具体例によれば、圧力2
00psi以上の水素雰囲気下で少なくとも200℃の
温度で活性化が行なわれる。この高温活性化には少なく
とも10分間を要する。
Table 1 Sample # Nominal composition Hydrogen weight% 108
Ti:+sMntoV4tFQto 1.80
110 TiffJn+oV4. Fct+
1.85116 Tia+Mrl++V+oFO
t* 1.60115 TisaMn+oV
a7PO+o 2.80117 Ti3+M
n++Va7Fe, 2.9 optionally, the powdered material may be activated by applying hydrogen under pressure to the powdered material. 1
In one preferred embodiment, activation is carried out under a hydrogen atmosphere at a pressure of 450 psi or higher for at least 30 minutes at room to ambient temperature. According to another preferred embodiment, the pressure 2
Activation is performed at a temperature of at least 200° C. under a hydrogen atmosphere of 00 psi or higher. This high temperature activation requires at least 10 minutes.

特に好ましい具体例では、多成分多相多結晶質材料が、
公称組成TiaVbMnaPe、1 (式中、0.5<
 a<0.75.1.15< b< 1.65.0.9
<a+c<1.31及び1.6< b+ d< 2.0
 )をもつ。主結品質相は、化学量論式TiaVbMn
cFcdC式中、12< a< 18、S3< b< 
59.9<c<11及び17< d< 21 )で示さ
れる。連続粒子間相は化学量論式TiaVbMnaFe
dC式中、’31< a< 36.23< b< 26
.10<c<12及び29< d< 34 )で示され
る。
In particularly preferred embodiments, the multi-component, multi-phase polycrystalline material comprises:
Nominal composition TiaVbMnaPe, 1 (where 0.5<
a<0.75.1.15<b<1.65.0.9
<a+c<1.31 and 1.6<b+d<2.0
). The main cohesive phase has the stoichiometric formula TiaVbMn
cFcdC, where 12<a<18, S3<b<
59.9<c<11 and 17<d<21). The continuous interparticle phase is stoichiometric TiaVbMnaFe
In the dC formula, '31<a<36.23<b<26
.. 10<c<12 and 29<d<34).

第4A図及び第4B図では2つの本発明材料サンプルで
示されたIlragg X線回折パターンを示す。第4
A図及び第4B図において主ピークは2θが43度に存
在する。最大強度の1/2の値でのピークの幅が狭いこ
とはサンプルの結晶化度が高いことを示す。
Figures 4A and 4B show Ilragg X-ray diffraction patterns for two samples of the inventive material. Fourth
In Figures A and 4B, the main peak exists at 2θ of 43 degrees. A narrow peak width at 1/2 of the maximum intensity indicates a high degree of crystallinity of the sample.

第4A図及び第4B図は更に、本発明材料の特性たる小
ピークを示す。これらピークは20が37度、40度、
42度、45度、62度及び78.5度に生じている。
Figures 4A and 4B further show small peaks that are characteristic of the material of the present invention. These peaks are 20 degrees, 37 degrees, 40 degrees,
It occurs at 42 degrees, 45 degrees, 62 degrees and 78.5 degrees.

第3A図及び第3B図は2つの本発明材料サンプルの吸
収−脱離特性を示ずP−C−7曲線である。二線は上方
にシフトする。従って、これらの曲線は圧力対貯蔵水素
重量%の等混線である。本発明の材料では、PCT曲線
の特徴は、約0.4〜1.4重量%の範囲の水素のff
lffi%に対して圧力がやや上方にシフトしているこ
とである。吸収される水素の重量%が増加すると、水素
吸収が実質的に停止し圧力が急激に増加する点に到達す
るまでは、圧力がやや上方にシフトする。
Figures 3A and 3B show the absorption-desorption characteristics of two samples of the inventive material, which are P-C-7 curves. The second line shifts upward. Therefore, these curves are equimixtures of pressure versus weight percent hydrogen stored. For the materials of the present invention, the PCT curve is characterized by a hydrogen ff in the range of about 0.4-1.4 wt%
The pressure is slightly shifted upward relative to lffi%. As the weight percent of hydrogen absorbed increases, the pressure shifts slightly upward until a point is reached where hydrogen absorption substantially stops and the pressure increases rapidly.

前記のMatsumOtO等の参考文献でも真のアモル
ファス材料の特性曲線として同様の形状のP −C−7
曲線が示されている。しかし乍ら、Matsumoto
等真のアモルファス材料の次第に上昇するP −C−7
曲線は本発明材料の若干傾斜した曲線とは異なる現象に
対応する。従来技術のアモルファス材料よりもはるかに
長距離の局所秩序をもつ本発明の無秩序(不規則)材料
は多相であり多結品質である。かかる材料は、多くの相
境界で生じ多数の熱力学的経路1.、従うや収脱離〃弘
、複雑4.−6−0特性dh IQをもつ。次第に傾斜
するPCT曲線は、種々の相及び相の組み合わせが示す
異なる多くの圧カブラド−の重畳の結果として生じる。
In the reference literature such as MatsumOtO mentioned above, P-C-7 which has a similar shape as a characteristic curve of a true amorphous material.
A curve is shown. However, Matsumoto
Gradually rising P-C-7 for isomerical amorphous materials
The curve corresponds to a different phenomenon than the slightly sloped curve of the inventive material. With much longer range local order than prior art amorphous materials, the disordered materials of the present invention are multiphase and polycrystalline in nature. Such materials have many thermodynamic paths occurring at many phase boundaries: 1. , complicate 4. -6-0 characteristic dh IQ. A progressively sloping PCT curve results from the superposition of many different pressure cavities represented by various phases and phase combinations.

これらのプラトーが重畳され平滑化されて図示の曲線に
なる。
These plateaus are superimposed and smoothed into the curve shown.

熱力学的に準安定な多結晶質多相飼料がこのように熱力
学的に複雑な挙動を示すので、単結品材料又はアモルフ
ァス材料では得られない特性を組み合わせて有すること
が可能である。無秩序(不規則)な多結晶質材料は吸収
脱離圧ツバ水素貯蔵容量1可逆性、動特性(吸脱速度)
、及び、汚染耐性等の如き種々の特性について特定用途
に適した所望の組み合わせを獲得し得る。本発明材料の
場合、例えば、ヒートポンプでの水素貯蔵材料の使用に
特に適した最適特性を得るような要素を選択する。従っ
て、材料は有効な水素貯蔵容量及び迅速な吸収脱離動特
性及び高度な汚染耐性をもち、また室温及び室温より低
い温度でも速やかに吸収及び脱離を生じるように調製さ
れ得る。
This thermodynamically complex behavior of thermodynamically metastable polycrystalline multiphasic feeds allows them to possess a combination of properties not available with monoclonal or amorphous materials. Disordered (irregular) polycrystalline materials have a high absorption/desorption pressure, hydrogen storage capacity, reversibility, and dynamic properties (adsorption/desorption rate).
Desired combinations of various properties, such as resistance to contamination, resistance to contamination, etc., can be obtained to suit a particular application. In the case of the material according to the invention, the elements are selected such that they yield optimal properties that are particularly suitable for use as a hydrogen storage material, for example in heat pumps. Thus, materials can be prepared that have effective hydrogen storage capacity and rapid absorption-desorption kinetics and a high degree of fouling resistance, and that absorption and desorption occur rapidly at and below room temperature.

本文中に記載のサンプルは前記の如き誘導溶融及び徐冷
によって調製されたが別の調製方法の使用も可能である
。溶融はトライアークQriarc)溶融でもよい。冷
却は、冷却面での溶融紡糸(メルト・スピニング)、物
理的及び化学的真空蒸若、プラズマ溶射、スパッタリン
グの如き高速急冷でもよく、又はその他の公知技術でも
よい。
Although the samples described herein were prepared by induction melting and slow cooling as described above, other preparation methods may be used. The melting may be tri-arc) melting. Cooling may be rapid quenching such as melt spinning on a cooling surface, physical and chemical vacuum evaporation, plasma spraying, sputtering, or other known techniques.

本発明を幾つかの好適具体例に関して記載したが本発明
の範囲はこれらの記載に一切限定されることなく特許請
求の範囲の記載のみによって限定されることは明らかで
あろう。
Although the invention has been described with respect to certain preferred embodiments, it will be clear that the scope of the invention is not limited thereby in any way, but only by the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は2ベッド式水素化物ヒートポンプの概略図、第
2図は2対の水素化物材料のヒートポンプの説明図、第
3A図及び第3B図は本文に記載の材料のサンプルのI
’CT曲線、第4A図及び第4B図は本文に記載の材料
のサンプルのBragg X線回折パターンである。
Figure 1 is a schematic diagram of a two-bed hydride heat pump, Figure 2 is an illustration of a two-pair hydride heat pump, and Figures 3A and 3B are illustrations of samples of the materials described in the text.
'CT curves, Figures 4A and 4B are Bragg X-ray diffraction patterns of samples of the materials described in the text.

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)粒子間相に包囲された少なくとも1種類の主相を
有する無秩序多相多結晶質材料から成り、多相材料が公
称組成Ti_aV_bMn_cFe_d〔式中、0.5
<a<0.75、1.15<b<1.65、0.9<a
+c<1.31及び1.6<b+d<2.0〕であり、
主結晶質相が化学量論式Ti_aV_bMn_cFe_
d〔式中、12<a<18、53<b<59、9<c<
11及び17<d<21〕で示される組成を有しており
、粒子間相が化学量論式Ti_aV_bMn_cFe_
d〔式中、31<a<36、23<b<26、10<c
<12及び29<d<34〕で示される組成を有するこ
とを特徴とする多成分水素貯蔵材料。
(1) Consisting of a disordered multiphase polycrystalline material having at least one main phase surrounded by an interparticle phase, the multiphase material has a nominal composition Ti_aV_bMn_cFe_d [wherein 0.5
<a<0.75, 1.15<b<1.65, 0.9<a
+c<1.31 and 1.6<b+d<2.0],
The main crystalline phase has the stoichiometric formula Ti_aV_bMn_cFe_
d [wherein, 12<a<18, 53<b<59, 9<c<
11 and 17<d<21], and the interparticle phase has the stoichiometric formula Ti_aV_bMn_cFe_
d [wherein, 31<a<36, 23<b<26, 10<c
A multi-component hydrogen storage material having a composition represented by <12 and 29<d<34].
(2)少なくとも1つの介在物相を含んでおり、この少
なくとも1つの介在物相が化学量論式Ti_aV_bM
n_cFe_d〔式中、48<a<50、15.5<b
<17.5、6<c<8及び26<d<29〕で示され
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の水素
貯蔵材料。
(2) contains at least one inclusion phase, and the at least one inclusion phase has the stoichiometric formula Ti_aV_bM
n_cFe_d [wherein, 48<a<50, 15.5<b
17.5, 6<c<8 and 26<d<29]. The hydrogen storage material according to claim 1.
(3)更に水素を含むことを特徴とする特許請求の範囲
第1項に記載の水素貯蔵材料。
(3) The hydrogen storage material according to claim 1, further comprising hydrogen.
(4)主結晶質相の結晶子サイズが300Å以上である
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の水素貯
蔵材料。
(4) The hydrogen storage material according to claim 1, wherein the main crystalline phase has a crystallite size of 300 Å or more.
(5)主結晶質相の結晶子サイズが5〜100μの範囲
であることを特徴とする特許請求の範囲第4項に記載の
水素貯蔵材料。
(5) The hydrogen storage material according to claim 4, wherein the crystallite size of the main crystalline phase is in the range of 5 to 100μ.
(6)材料は、2θが43度のところに生じる主ピーク
をもつBraggx線回折パターンで特徴づけられる特
許請求の範囲第1項に記載の水素貯蔵材料。
(6) The hydrogen storage material according to claim 1, wherein the material is characterized by a Bragg x-ray diffraction pattern with a main peak occurring at 43 degrees 2θ.
(7)Braggx線回折パターンは2θが37度、4
0度、42度、45度、62度及び78.5度のところ
に小ピークを有することを特徴とする特許請求の範囲第
6項に記載の水素貯蔵材料。
(7) Bragg x-ray diffraction pattern has 2θ of 37 degrees and 4
The hydrogen storage material according to claim 6, having small peaks at 0 degrees, 42 degrees, 45 degrees, 62 degrees and 78.5 degrees.
(8)水素搬送コネクタによって接続された少なくとも
一対の水素化物ベッドを有し前記少なくとも一対の水素
化物ベッドの少なくとも1つが特許請求の範囲第1項か
ら第7項のいずれかに記載の多成分水素貯蔵材料を含む
ことを特徴とする熱化学的水素化物−脱水素化物ヒート
ポンプ。
(8) at least one pair of hydride beds connected by a hydrogen transport connector, wherein at least one of the at least one pair of hydride beds is the multicomponent hydrogen according to any one of claims 1 to 7; A thermochemical hydride-dehydride heat pump characterized in that it includes a storage material.
(9)公称組成Ti_aV_bMn_cFe_d〔式中
、0.5<a<0.75、1.15<b<1.65、0
.9<a+c<1.31及び1.6<b+d<2.0〕
であって、主結晶質相が化学量論式Ti_aV_bMn
_cFe_d〔式中、12<a<18、53<b<59
、9<c<11及び17<d<21〕で示される組成を
有しており、粒子間相が化学量論式Ti_aV_bMn
_cFe_d〔式中、31<a<36、23<b<26
、10<c<12及び29<d<34〕で示される組成
を有する多成分水素貯蔵材料を製造するために、 (a)粉末チタンから成る第1固体源と粉末バナジウム
から成る第2固体源と粉末マンガンから成る第3固体源
と粉末鉄から成るもう1つの固体源とを配備し、 (b)正しい化学量論の混合物を得るために適当量の各
固体源を混合し、 (c)混合物を溶融し、 (d)溶融混合物を冷却して固体インゴットを形成し、 (c)インゴットを細分して粒子を形成するステップを
含むことを特徴とする方法。
(9) Nominal composition Ti_aV_bMn_cFe_d [wherein, 0.5<a<0.75, 1.15<b<1.65, 0
.. 9<a+c<1.31 and 1.6<b+d<2.0]
and the main crystalline phase has the stoichiometric formula Ti_aV_bMn
_cFe_d [wherein, 12<a<18, 53<b<59
, 9<c<11 and 17<d<21], and the interparticle phase has the stoichiometric formula Ti_aV_bMn
_cFe_d [wherein, 31<a<36, 23<b<26
, 10<c<12 and 29<d<34]: (a) a first solid source of powdered titanium and a second solid source of powdered vanadium; (b) mixing appropriate amounts of each solid source to obtain a mixture of the correct stoichiometry; (c) A method comprising: melting the mixture; (d) cooling the molten mixture to form a solid ingot; and (c) subdividing the ingot to form particles.
(10)更に、室温状態で400psi以上の圧力の水
素雰囲気に前記材料を30分間以上曝露することによっ
て材料を活性化するステップを含むことを特徴とする特
許請求の範囲第9項に記載の方法。
10. The method of claim 9, further comprising the step of activating the material by exposing the material to a hydrogen atmosphere at a pressure of 400 psi or more at room temperature for 30 minutes or more. .
(11)更に、200℃以上の温度で200psi以上
の圧力の水素雰囲気に前記材料を10分間以上曝露する
ことによって材料を活性化するステップを含むことを特
徴とする特許請求の範囲第9項に記載の方法。
(11) The method further comprises the step of activating the material by exposing the material to a hydrogen atmosphere at a temperature of 200°C or more and a pressure of 200 psi or more for 10 minutes or more. Method described.
(12)粒子間相によって包囲された少なくとも1種類
の主相をもち、公称組成Ti_aV_bMn_cFe_
d〔式中、0.5<a<0.75、1.15<b<1.
65、0.9<a+c<1.31及び1.6<b+d<
2.0〕をもち、主結晶質相が化学量論式Ti_aV_
bMn_cFe_d〔式中12<a<18、53<b<
59、9<c<11及び17<d<21〕で示される組
成を有しており、粒子間相が化学量論式Ti_aV_b
Mn_cFe_d〔式中、31<a<36、23<b<
26、10<c<12及び29<d<34〕で示される
組成を有する多成分水素貯蔵材料を製造するために、 (a)粉末チタンから成る第1固体源と粉末バナジウム
から成る第2固体源と粉末マンガンから成る第3固体源
と粉末鉄から成るもう1つの固体源とを配備し、 (b)各固体源を適当量混合し、 (c)混合物を溶融し、 (d)溶融材料を急冷するステップを含むことを特徴と
する方法。
(12) having at least one main phase surrounded by an interparticle phase, with nominal composition Ti_aV_bMn_cFe_
d [wherein, 0.5<a<0.75, 1.15<b<1.
65, 0.9<a+c<1.31 and 1.6<b+d<
2.0], and the main crystalline phase has the stoichiometric formula Ti_aV_
bMn_cFe_d [wherein 12<a<18, 53<b<
59,9<c<11 and 17<d<21], and the interparticle phase has the stoichiometric formula Ti_aV_b
Mn_cFe_d [wherein, 31<a<36, 23<b<
26, 10 < c < 12 and 29 < d < 34]: (a) a first solid source consisting of powdered titanium and a second solid source consisting of powdered vanadium; (b) mixing appropriate amounts of each solid source; (c) melting the mixture; and (d) molten material. A method comprising the step of rapidly cooling.
(13)材料の高速急冷ステップが冷却面での溶融紡糸
を含むことを特徴とする特許請求の範囲第12項に記載
の方法。
13. The method of claim 12, wherein the step of rapidly quenching the material comprises melt spinning on a cooling surface.
(14)材料の高速急冷ステップが真空蒸着を含むこと
を特徴とする特許請求の範囲第12項に記載の方法。
14. The method of claim 12, wherein the step of rapidly quenching the material comprises vacuum deposition.
(15)材料の高速急冷ステップがプラズマ溶射を含む
ことを特徴とする特許請求の範囲第12項に記載の方法
15. The method of claim 12, wherein the step of rapidly quenching the material comprises plasma spraying.
(16)材料の高速急冷ステップがスパッタリングを含
むことを特徴とする特許請求の範囲第12項に記載の方
法。
16. The method of claim 12, wherein the step of rapidly quenching the material comprises sputtering.
(17)更に、室温状態で400psi以上の圧力の水
素雰囲気に前記材料を30分間以上曝露することによっ
て材料を活性化するステップを含むことを特徴とする特
許請求の範囲第13項に記載の方法。(18)更に、2
00℃以上の温度で200psi以上の圧力の水素雰囲
気に前記材料を10分間以上曝露することによって材料
を活性化するステップを含むことを特徴とする特許請求
の範囲第12項に記載の方法。
(17) The method of claim 13, further comprising the step of activating the material by exposing the material to a hydrogen atmosphere at a pressure of 400 psi or more at room temperature for 30 minutes or more. . (18) Furthermore, 2
13. The method of claim 12, comprising activating the material by exposing the material to a hydrogen atmosphere at a temperature of 00C or higher and a pressure of 200 psi or higher for 10 minutes or more.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02228434A (en) * 1989-03-01 1990-09-11 Sanyo Electric Co Ltd Manufacture of hydrogen storage alloy
JP2001234261A (en) * 2000-02-22 2001-08-28 Japan Steel Works Ltd:The Producing method for hydrogen storage alloy

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58204148A (en) * 1982-03-20 1983-11-28 ダイムラ−ベンツ・アクチエンゲゼルシャフト Hydrogen storing material

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