JPS626627B2 - - Google Patents
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- JPS626627B2 JPS626627B2 JP57089028A JP8902882A JPS626627B2 JP S626627 B2 JPS626627 B2 JP S626627B2 JP 57089028 A JP57089028 A JP 57089028A JP 8902882 A JP8902882 A JP 8902882A JP S626627 B2 JPS626627 B2 JP S626627B2
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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、チタン（Ti）、マンガン（Mn）およ
びマグネシウム（Mg）の３元合金からなり、水
素を高密度に、しかも安全に貯蔵しうる実用的な
水素貯蔵材に関する。
びマグネシウム（Mg）の３元合金からなり、水
素を高密度に、しかも安全に貯蔵しうる実用的な
水素貯蔵材に関する。
従来よりある種の金属、例えば周期律表の―
Ｖ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物
は、例えばLaH3，CeH3，TiH2，ZrH2，VH，
NbHのように示され、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
度およ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、さらに温度または圧力
条件あるいはそれらの両方の条件を変化させるこ
とによつて吸収水素を可逆的に放出させ得るとい
う性質を有している。従つて金属水素化物を形成
する金属は、水素を貯蔵および保持する材料とし
て使用することができる。
Ｖ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物
は、例えばLaH3，CeH3，TiH2，ZrH2，VH，
NbHのように示され、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
度およ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、さらに温度または圧力
条件あるいはそれらの両方の条件を変化させるこ
とによつて吸収水素を可逆的に放出させ得るとい
う性質を有している。従つて金属水素化物を形成
する金属は、水素を貯蔵および保持する材料とし
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
法として一般に使用されているガスボンベ方式に
比較すると、幾つかの欠点も有している。例えば
上記の金属水素化物の多くは、金属と水素との結
合力が大きいので、水素を吸収したり、放出した
りする際に厳しい条件、即ち例えばTiについて
言えば、水素吸収を開始させるためには数10気圧
の水素雰囲気化で、約400℃以上の加熱が必要で
あり、水素放出には約600℃以上の加熱が要求さ
れるという欠点をもつている。
法として一般に使用されているガスボンベ方式に
比較すると、幾つかの欠点も有している。例えば
上記の金属水素化物の多くは、金属と水素との結
合力が大きいので、水素を吸収したり、放出した
りする際に厳しい条件、即ち例えばTiについて
言えば、水素吸収を開始させるためには数10気圧
の水素雰囲気化で、約400℃以上の加熱が必要で
あり、水素放出には約600℃以上の加熱が要求さ
れるという欠点をもつている。
これら前記の欠点を除くため、その後種々の水
素貯蔵材が見出された。例えばMg2Cu，Mg2Niで
代表されるMg系、LaNi5で代表される希土類系、
FeTi，Ti―Cu系、Ti―Ni系、Ti―Co系合金で代
表されるTi系などである。しかし、Mg系合金は
単位重量当りの水素吸蔵量は大きいが、水素の吸
蔵および放出が高温（約250℃以上）で行わなけ
ればならず、しかも長時間を要する。また常温で
の水素解離圧が非常に低いため、水素の放出には
かなりのエネルギーを必要とする。これと反対に
希土類系合金は常温での水素解離圧は数気圧であ
り、水素の吸収および放出も常温で可能で、しか
も比較的短時間で反応が行われるが、原材料費が
非常に高価であり、また金属単位重量当りの水素
吸蔵能力は他のものに比べて小さいため、水素貯
蔵材として広汎な一般的用途には適していない。
素貯蔵材が見出された。例えばMg2Cu，Mg2Niで
代表されるMg系、LaNi5で代表される希土類系、
FeTi，Ti―Cu系、Ti―Ni系、Ti―Co系合金で代
表されるTi系などである。しかし、Mg系合金は
単位重量当りの水素吸蔵量は大きいが、水素の吸
蔵および放出が高温（約250℃以上）で行わなけ
ればならず、しかも長時間を要する。また常温で
の水素解離圧が非常に低いため、水素の放出には
かなりのエネルギーを必要とする。これと反対に
希土類系合金は常温での水素解離圧は数気圧であ
り、水素の吸収および放出も常温で可能で、しか
も比較的短時間で反応が行われるが、原材料費が
非常に高価であり、また金属単位重量当りの水素
吸蔵能力は他のものに比べて小さいため、水素貯
蔵材として広汎な一般的用途には適していない。
一方、前記Ti系合金の中でも有望なFeTi合
金、あるいはごく少量のMnを添加したFe―Mn
―Ti系合金は、比較的安価であり、水素の解離
圧も常温で数気圧あるなどの点から最も実用性が
高いものとされている。しかし、これらも初期水
素化において、なお高温（約350℃以上）、高圧
（約30気圧以上）を要する点、そして水素の吸蔵
および放出速度が小さい点、さらに水素の吸蔵、
放出サイクルでのヒステリシス現象が大きい点等
の問題がある。
金、あるいはごく少量のMnを添加したFe―Mn
―Ti系合金は、比較的安価であり、水素の解離
圧も常温で数気圧あるなどの点から最も実用性が
高いものとされている。しかし、これらも初期水
素化において、なお高温（約350℃以上）、高圧
（約30気圧以上）を要する点、そして水素の吸蔵
および放出速度が小さい点、さらに水素の吸蔵、
放出サイクルでのヒステリシス現象が大きい点等
の問題がある。
本発明は、前記従来の水素貯蔵材に比べ、水素
の吸収および放出などの操作条件を著しく緩和
し、かつ単位重量当たりの水素吸蔵量、放出量を
増大させ、実用上必要な諸特性が極めて優れ、し
かも低価格な水素貯蔵および保持材料を提供する
ことを目的とするもである。本発明の水素貯蔵材
は０〜８重量％（但し０は含まない）のMgと、
32〜48重量％のTiと残部Mnからなる三元系合
金、特には約30重量％のMgと、約36重量％のTi
を含むTi―Mn―Mg系合金からなるものである。
の吸収および放出などの操作条件を著しく緩和
し、かつ単位重量当たりの水素吸蔵量、放出量を
増大させ、実用上必要な諸特性が極めて優れ、し
かも低価格な水素貯蔵および保持材料を提供する
ことを目的とするもである。本発明の水素貯蔵材
は０〜８重量％（但し０は含まない）のMgと、
32〜48重量％のTiと残部Mnからなる三元系合
金、特には約30重量％のMgと、約36重量％のTi
を含むTi―Mn―Mg系合金からなるものである。
本発明の水素貯蔵材は、構成元素として少量の
Mgを加えることによつて、先に本発明者らが提
案したTi―Mn系合金水素化物の諸特性のうち、
室温での最大吸蔵水素量の増大化、および安全
性、さらに印加圧力、反応速度、取出し回収など
の操作性能を改善したものである。
Mgを加えることによつて、先に本発明者らが提
案したTi―Mn系合金水素化物の諸特性のうち、
室温での最大吸蔵水素量の増大化、および安全
性、さらに印加圧力、反応速度、取出し回収など
の操作性能を改善したものである。
以下、本発明をその実施例により説明する。
合金を製造するための出発物質として、例えば
市販の純度99％のスポンジ・チタンと、例えば市
販の約10mm角、厚さ約1.5mm、純度99％の板状電
解マンガン、および市販の純度99.9％の塊状マグ
ネシウムを所定の量だけ秤量し、例えば下面から
順にマグネシウム，マンガン，チタンを銅製るつ
ぼに入れ、アルゴンアーク炉などで直接溶解す
る。表裏面、数回の溶解で均質なボタン状Ti―
Mn―Mg系合金を製造することができる。得られ
た合金塊は比較的もろく、機械的にも容易に粉砕
される。これを数個に粉砕して、例えばステンレ
ス鋼製の水素活性化用反応容器に入れ、容器内の
空気等を真空ポンプにより数分間排気して、10-1
〜10-2mmHgの真空度にする。その後、純度99.9
％の水素ガスを前記反応容器に約20気圧程度も加
えれば、常温で直ちに水素を吸収し始め、例えば
合金重量約10ｇでは、約20℃のもと、数分間で水
素吸収が完了し、粉末状のTi―Mn―Mg系合金水
素化物が形成される。その結果合金10ｇ当たり約
2.2以上の水素を固体である合金中に貯蔵する
ことができる。
市販の純度99％のスポンジ・チタンと、例えば市
販の約10mm角、厚さ約1.5mm、純度99％の板状電
解マンガン、および市販の純度99.9％の塊状マグ
ネシウムを所定の量だけ秤量し、例えば下面から
順にマグネシウム，マンガン，チタンを銅製るつ
ぼに入れ、アルゴンアーク炉などで直接溶解す
る。表裏面、数回の溶解で均質なボタン状Ti―
Mn―Mg系合金を製造することができる。得られ
た合金塊は比較的もろく、機械的にも容易に粉砕
される。これを数個に粉砕して、例えばステンレ
ス鋼製の水素活性化用反応容器に入れ、容器内の
空気等を真空ポンプにより数分間排気して、10-1
〜10-2mmHgの真空度にする。その後、純度99.9
％の水素ガスを前記反応容器に約20気圧程度も加
えれば、常温で直ちに水素を吸収し始め、例えば
合金重量約10ｇでは、約20℃のもと、数分間で水
素吸収が完了し、粉末状のTi―Mn―Mg系合金水
素化物が形成される。その結果合金10ｇ当たり約
2.2以上の水素を固体である合金中に貯蔵する
ことができる。
本発明の合金は、常温では酸化物層あるいは窒
化物層を形成することは少なく、しかも水素ガス
中の不純物の影響を殆んど受けることなく、速や
かに、かつ容易に水素を吸収し、高い純度の水素
ガスを放出する。また水素ガスを吸蔵あるいは放
出する過程で発生する金属水素化物の生成熱量あ
るいは分解熱量は、従来のものに比べ小さく、こ
の点でも有利である。
化物層を形成することは少なく、しかも水素ガス
中の不純物の影響を殆んど受けることなく、速や
かに、かつ容易に水素を吸収し、高い純度の水素
ガスを放出する。また水素ガスを吸蔵あるいは放
出する過程で発生する金属水素化物の生成熱量あ
るいは分解熱量は、従来のものに比べ小さく、こ
の点でも有利である。
第１図は、本発明のTi―Mn―Mg系合金の20℃
における水素を放出する際の圧力―組成等温線図
である。図中、ＡはTi36.4重量％、Mn62.6重量
％、Mg1重量％の組成からなる合金、ＢはTi35.7
重量％、Mn61.3重量％、Mg3重量％の組成から
なる合金に関するもので、これらを組成式で表せ
ば、各々TiMn1.50Mg0.05(A)、TiMn1.50Mg0.17(B)で
ある。これらの合金は、最大水素吸蔵状態で、Ａ
はTiMn1.50Mg0.05H2.36、Ｂは
TiMn1.50Mg0.17H2.50の水素化物を形成し、この
時の吸蔵水素量は、常温で約216ml／ｇ(A)、224
ml／ｇ(B)であつた。
における水素を放出する際の圧力―組成等温線図
である。図中、ＡはTi36.4重量％、Mn62.6重量
％、Mg1重量％の組成からなる合金、ＢはTi35.7
重量％、Mn61.3重量％、Mg3重量％の組成から
なる合金に関するもので、これらを組成式で表せ
ば、各々TiMn1.50Mg0.05(A)、TiMn1.50Mg0.17(B)で
ある。これらの合金は、最大水素吸蔵状態で、Ａ
はTiMn1.50Mg0.05H2.36、Ｂは
TiMn1.50Mg0.17H2.50の水素化物を形成し、この
時の吸蔵水素量は、常温で約216ml／ｇ(A)、224
ml／ｇ(B)であつた。
また、第２図は組成式TiMn1.5Mgx合金（ｘは
Mgの合有原子比）の常温における吸蔵水素量
（印加圧力40気圧の場合）または放出水素量（大
気圧、解放の場合）と、Mgの含有割合（重量
比）との関係を示す図である。第２図より吸蔵水
素量は、初期Mgの含有率と共に増大し、約３％
で最大値をとり、その後、単調に減少して約８％
を越えると、Mgを含有しないTi―Mn二元合金よ
りも少なくなり好ましくない。一方、放出水素量
はMg含有率が０〜８％の間ではほぼ一定であ
り、約８％を越えると急激に減少し、水素貯蔵材
としての効果が薄れる。
Mgの合有原子比）の常温における吸蔵水素量
（印加圧力40気圧の場合）または放出水素量（大
気圧、解放の場合）と、Mgの含有割合（重量
比）との関係を示す図である。第２図より吸蔵水
素量は、初期Mgの含有率と共に増大し、約３％
で最大値をとり、その後、単調に減少して約８％
を越えると、Mgを含有しないTi―Mn二元合金よ
りも少なくなり好ましくない。一方、放出水素量
はMg含有率が０〜８％の間ではほぼ一定であ
り、約８％を越えると急激に減少し、水素貯蔵材
としての効果が薄れる。
第３図はMg含有率が０〜８重量％の範囲にあ
るTi―Mn―Mg系合金の常温における吸蔵水素量
または放出水素量とTiの含有割合（重量率）と
の関係図である。第３図より、吸蔵水素量はTi
の含有率が大きくなるにつれて増大し、特に、約
32重量％Tiを越えると急激に増大する。一方放
出水素量は約36重量％Tiの付近でピークとな
り、Tiに含有率が更に大きくなると、逆に減少
し、特に約48重量％Tiを越えると約50ml／ｇ以
下をなるため、水素貯蔵材として適さなくなる。
るTi―Mn―Mg系合金の常温における吸蔵水素量
または放出水素量とTiの含有割合（重量率）と
の関係図である。第３図より、吸蔵水素量はTi
の含有率が大きくなるにつれて増大し、特に、約
32重量％Tiを越えると急激に増大する。一方放
出水素量は約36重量％Tiの付近でピークとな
り、Tiに含有率が更に大きくなると、逆に減少
し、特に約48重量％Tiを越えると約50ml／ｇ以
下をなるため、水素貯蔵材として適さなくなる。
以上の実施例から明らかなように、０〜８重量
（但し０は含まない）のMgと、32〜48重量％のTi
と、残部MnからなるTi―Mn―Mg系合金、特に
約3.0重量％のMgと、約36重量％のTiと、残部
MnからなるTi―Mn―Mg系合金は非常に優れた
特性を有し、水素貯蔵用金属材料として最適なも
のである。
（但し０は含まない）のMgと、32〜48重量％のTi
と、残部MnからなるTi―Mn―Mg系合金、特に
約3.0重量％のMgと、約36重量％のTiと、残部
MnからなるTi―Mn―Mg系合金は非常に優れた
特性を有し、水素貯蔵用金属材料として最適なも
のである。
第１図はTiMn1.50Mg0.05水素化物(A)と、
TiMn1.50Mg0.17水素化物(B)の20℃における圧力―
組成等温線図、第２図はTi―Mn―Mg系合金の常
温における吸蔵水素量または放出水素量と、Mg
含有率との関係図、第３図はTi―Mn―Mg系合金
の常温における吸蔵水素量または放出水素量と、
Ti含有量との関係図である。
TiMn1.50Mg0.17水素化物(B)の20℃における圧力―
組成等温線図、第２図はTi―Mn―Mg系合金の常
温における吸蔵水素量または放出水素量と、Mg
含有率との関係図、第３図はTi―Mn―Mg系合金
の常温における吸蔵水素量または放出水素量と、
Ti含有量との関係図である。
Claims (1)
- １ ８重量％以下のMgと、32〜48重量％のTi
と、残部Mnからなる合金よりなる水素貯蔵材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57089028A JPS58207353A (ja) | 1982-05-25 | 1982-05-25 | 水素貯蔵材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57089028A JPS58207353A (ja) | 1982-05-25 | 1982-05-25 | 水素貯蔵材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58207353A JPS58207353A (ja) | 1983-12-02 |
| JPS626627B2 true JPS626627B2 (ja) | 1987-02-12 |
Family
ID=13959448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57089028A Granted JPS58207353A (ja) | 1982-05-25 | 1982-05-25 | 水素貯蔵材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58207353A (ja) |
-
1982
- 1982-05-25 JP JP57089028A patent/JPS58207353A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58207353A (ja) | 1983-12-02 |
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