JPS63286547A - 水素吸蔵合金 - Google Patents

水素吸蔵合金

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JPS63286547A
JPS63286547A JP62118987A JP11898787A JPS63286547A JP S63286547 A JPS63286547 A JP S63286547A JP 62118987 A JP62118987 A JP 62118987A JP 11898787 A JP11898787 A JP 11898787A JP S63286547 A JPS63286547 A JP S63286547A
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JP
Japan
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alloy
hydrogen
pressure
hydrogen storage
release
Prior art date
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Pending
Application number
JP62118987A
Other languages
English (en)
Inventor
Shin Fujitani
伸 藤谷
Ikuro Yonezu
育郎 米津
Naojiro Honda
本田 直二郎
Sanehiro Furukawa
古川 修弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP62118987A priority Critical patent/JPS63286547A/ja
Publication of JPS63286547A publication Critical patent/JPS63286547A/ja
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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
    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/129Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Hydrogen, Water And Hydrids (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。

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は水素を可逆的に吸蔵、放出する水素吸蔵合金に
関する。
(ロ)従来の技術 近年、可逆的に水素を吸蔵、放出する能力を有する水素
吸蔵合金を用いた様々な応用システムの開発が盛んに行
なわれている1例えば、水素吸蔵合金が水素を吸蔵、放
出する際に発生する反応熱を利用した蓄熱、ヒートポン
プなどの熱利用システムあるいは大量の水素を吸蔵する
能力に着目した水素貯蔵システムなどが挙げられる。
これらの応用システムに使用する水素吸蔵合金に要求さ
れる主な条件としては、 ■ 水素化反応初期の活性化が容易であること。
■ 使用温度条件下で操作し易い水素吸蔵圧力および放
出圧力を有すること、 ■ 可逆的な水素吸蔵および放出に必要な水素吸蔵圧力
と放出圧力との差が小さいこと。
■ 使用温度条件下で水素吸蔵量が大きいこと、■ 原
料が安価に入手できること。
等が重要である。
従来より、前記応用システムに使用する水素吸蔵合金と
してその使用条件および用途に応じて。
希土類−Ni系合金やZn −Mn系合金などの2成分
合金あるいはこれら2成分合金の成分元素の一部を他の
元素で置換した多成分合金の開発が進められている。
(ハ)発明が解決しようとする問題点 上記合金のうち、希土類−Ni系合金は前記■〜■の条
件を満たす優れた合金系として活発に研究が行なわれて
きたが、主要成分である希土類が高価につく、これに対
してラベス相構造を有するZr−Mn合金は、上記希土
類−Ni系合金に比較して安価であるが、一定量水素吸
蔵時における水素吸蔵圧力と放出圧力の差(ヒステリシ
ス)、水素吸蔵量の増加に伴う水素吸蔵圧力、および、
放出圧力の上昇(プラトー傾斜)が大きい、この結果、
可逆的な水素吸蔵および放出に必要な水素吸蔵圧力と放
出圧力との差が大きくなるという問題がある。このため
、これを熱利用システムなどの応用システムに使用した
場合、システムの効率の大きな低下を招くおそれがあっ
た。
そこで本発明は、上記の問題を解決し、可逆的に水素を
吸蔵、放出するために必要な水素吸蔵圧力と水素放出圧
力との差の小さい水素吸蔵合金を提供することを目的と
する。
(ニ)問題点を解決するための手段 本発明は、MgZnz型ラベス相う六方晶系の結晶構造
をもつ合金相)構造を有するZr −Mn系合金にAQ
を添加したものである。
(ホ)作用 これにより、主として、水素吸蔵平衡圧力のみが低下し
て水素放出平衡圧力に近づきヒステリシスが減少する。
この結果、僅かな圧力差により可逆的な水素吸蔵、放出
を行なうことが可能となり、これを可逆的な水素吸蔵、
放出を利用する水素貯蔵システムや蓄熱システム、ヒー
トポンプなどの熱利用システムに使用することにより、
初めて効率の良いシステムの実現が可能となる。
(へ)実施例 [実施例1] 水素吸蔵合金の原料金属としてZr、Mn、A2の各粉
末を秤量したのち、これを混合し、更に適当な大きさに
プレス成形し、水冷銅鰭型内にてアルゴンアークにより
溶解後、鋳造してZrMn2AQo、+の金属鋳塊を得
た0次いで、これを100メツシユ程度に粉砕し、粉末
状の水素吸蔵合金ZrMn 2tQo、+を得た。
同様の方法により、原料金属Zr、Mn、Ti、A Q
から水素吸蔵合金Zro、aTio、zMn2^Qo、
+、また。
原料金属Zr、Mn、Fe、A Qから水素吸蔵合金Z
rMn 1 、 s Fe o 、 s^Qo、1を得
た。
これらの水素吸蔵合金の結晶構造を粉末X線回折法によ
り調べたところ、いずれの合金もMgZn 2型ラベス
相単−相構造であることを確認した。
また、初期活性化1よいずれの合金においても容易であ
って、常温での真空排気後10〜20atmの水素ガス
を加圧することにより1合金は容易に水素吸蔵を開始し
た。
次に1以上の実施例により作製した水素吸蔵合金と従来
公知の水素吸蔵合金との特性比iのため。
以下の水素吸蔵合金に作製した。
[比較例1] 原料金属としてAQを用いない他は上記[実施例1]に
準じて原料金属Zr、Mnの混合粉末から水素吸蔵合金
ZrMn x 、原料金属Zr、Ti、Mnから水素吸
蔵合金Zr o 、 * Ti o 、 2 Mn 2
 、原料金属Zr、Mn、Feから水素吸蔵合金ZrM
n 1. s Fe o 、 4を得た。
上記[実施例1]および[比較例1]で得られた各水素
吸蔵合金に対して、公知のジーベルツの反応装置を用い
て、初期活性化処理および吸蔵、放出の各々に対する平
衡水素圧カー水素吸蔵量曲線の測定を行ない、合金の水
素吸蔵、放出特性を調べたところ第1表に示す結果が得
られた。
(以下余白) また、第1図は、第1表中Nα1に示した公知合金であ
るZrMn 2合金と同表中Nci2に示した本発明に
よるZrMn2AQ u 、 1合金の平衡水素圧カー
水素吸蔵量曲線を示したものである。同図中、右向きの
矢印は吸蔵曲線を表し、左向きの矢印は放出曲線を表わ
している。
これらの図表において、平衡水素圧力は、プラトー領域
中央部の圧力(吸蔵の場合Pa、放出の場合Pd)を表
わす。また、ヒステリシス(Q nPa/Pd)は平衡
水素吸蔵圧力(Pa)と平衡水素放出圧力(Pd)との
圧力差(自然対数差)を表わす。更に、圧力差(nPa
/Pd)は、合金重量比で0.7vt%に相当する水素
を可逆的に吸蔵、放出するために必要な圧力差(自然対
数差)を表わす。また、第1表の備考欄および第1図の
Aは公知の合金、Bは本発明による合金を表わす。
これらの図表から明らかなように、公知合金であるZr
Mn 2合金に比べ、本発明によるZrMn 2Ano
、+合金は、平衡水素吸蔵圧力と平衡水素放出圧力との
差、即ち、ヒステリシスが小さく、更に、プラトー領域
と呼ばれる水素吸蔵量の変化に対して水素圧力があまり
変化しない領域の傾斜は同程度のため、一定水素量を可
逆的に吸蔵、放出するために必要な水素吸蔵、放出圧力
差(第1表中では圧力差(Q nP + /P 2 )
として表現)の小さい可逆性の優れた材料となる。更に
、第1表中の本発明による合金Na4、Nα6について
も、対応する公知合金t4α3、Nα5と各々比較して
、ヒステリシスが小さく、これに対応して圧力差(Q 
nP 1 /P 2 )も小さくなっており、水素吸蔵
、放出の可逆性が改善されていることが判った。
なお、前記実施例では水素吸蔵合金をアルゴンアーク溶
解炉を用いて作製した例について示したが、アーク溶解
炉、高周波誘導炉などの公知の炉を用いても同様に作製
し得ることは言う迄もない。
[実施例2] 前記[実施例1]と同じ方法で、 Zr、にn、AQ粉
末の配−公比を種々変えて水素吸蔵合金ZrMnxAQ
 vを作製し、XとYの値の異なる各種合金の水素吸蔵
放出特性の検討を行なった。その結果の代表例を第2表
および第2図、第3図に示す。
なお、これら図表の見方は第1表および第1図の場合と
同様である。
これらの図表から明らかなように、AQ添加量Yの増加
に従い、ヒステリシスが減少し、可逆的な水素吸蔵、放
出を行なうのに必要な圧力差(ffnP+/P2)は小
さくなった。しかし、第2図に示すようにAQ添加量Y
が0.15より大となると、プラトー傾斜が大となり、
更に水素吸蔵量が減少して圧力差(Q nP I/P 
2 )が急激に増加し、水素吸蔵。
放出の可逆性が悪化した。
更に、AQ添加量YをY=0.1と一定にし、Xを変化
させた合金の水素化特性について検討を行なった。この
結果、X=1.7〜2.5の範囲の合金は公知の合金Z
rMn 2に比較して可逆的な水素吸蔵、放出を行なう
のに必要な圧力差(Q nP s /P 2 )は小と
なったが、第3図に示すようにXが1.7未満あるいは
2.5より大となるとプラトー傾斜が大となって圧力差
(QnP+/Pz)は急激に増加し、水素吸蔵、放出の
可逆性が悪化した。
このように、合金ZrMnxtnvのうち、1.7≦X
≦2.5であり、かつ、0〈Y≦0.15である本発明
の合金のみが、公知の合金に比べて優れた水素吸蔵。
放出の可逆性を有し、最も好ましくは、Xが2付近、y
が0.1付近の組成のものであることが伴った。
(ト)発明の効果 以上のように本発明によれば、MgZn z型ラベス相
構造を有する種々のZr −Mn系合金にとって希土類
−Ni系合金などと比較して重大な欠点であった大きな
ヒステリシスを減少させ、僅かな圧力差で水素吸蔵、放
出を行なわせることのできる可逆性に優れた合金を得る
ことができる。この結果1本発明の合金を可逆的な水素
の吸蔵、放出を利用する水素貯蔵システムや蓄熱システ
ム、ヒートポンプなどの熱利用システムなどに使用すれ
ば、効率の良いシステムが実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は公知合金であるZrMn 2合金と本発明によ
る水素吸蔵合金ZrMn 2 A Qo、1の平衡水素
圧カー水素吸蔵量曲線の比較図、第2図は本発明による
水素吸蔵合金のAQ添加量(Y)と水素を可逆的に吸蔵
、放出するのに必要な圧力差(flnPt/Pz)との
関係図、第3図は本発明により水素吸蔵合金のZr原子
に対するMn原子の比(X)と水素を可逆的に吸蔵、放
出するのに必要な圧力差(QnPt/P2)との関係図
である。 第1図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)MgZn_2型ラベス相構造のZrMn_2合金
    あるいはZrMn_2合金の成分元素であるZrまたは
    Mnの一部を他の金属元素で置換した多元化合金にAl
    を添加してなることを特徴とする水素吸蔵合金。
  2. (2)特許請求の範囲第1項記載において、合金の構成
    式がZrMn_XAl_Yで表わされ、1.7≦X≦2
    .5、0<Y≦0.15であることを特徴とする水素吸
    蔵合金。
JP62118987A 1987-05-18 1987-05-18 水素吸蔵合金 Pending JPS63286547A (ja)

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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59208037A (ja) * 1983-05-11 1984-11-26 Agency Of Ind Science & Technol 水素貯蔵用合金
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JPS61291938A (ja) * 1985-04-01 1986-12-22 ザ スタンダ−ド オイル カンパニ− 可逆的水素貯蔵用無定形金属合金組成物

Patent Citations (6)

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