JP2000265233A - 水素吸蔵合金 - Google Patents

水素吸蔵合金

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JP2000265233A
JP2000265233A JP11069864A JP6986499A JP2000265233A JP 2000265233 A JP2000265233 A JP 2000265233A JP 11069864 A JP11069864 A JP 11069864A JP 6986499 A JP6986499 A JP 6986499A JP 2000265233 A JP2000265233 A JP 2000265233A
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JP
Japan
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hydrogen storage
storage alloy
hydrogen
matrix
fine particles
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JP11069864A
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Mitsuya Hosoe
光矢 細江
Junichi Kitagawa
淳一 北川
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 活性化処理を行わなくても、速い水素化速度
および脱水素化速度を有する水素吸蔵合金を提供する。 【解決手段】 水素吸蔵合金はメカニカルアロイングに
より製造されたもので、複数のMg結晶粒の集合体より
なり、且つそれらMg結晶粒の平均粒径DがD≦500
nmであるマトリックスと、そのマトリックスに分散し、
且つ粒径d1 が50nm≦d1 ≦500nmである複数の金
属間化合物微粒子と、複数のMg結晶粒内に分散し、且
つ粒径d2 が5nm≦d2 ≦20nmである複数の超微粒子
とより構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水素吸蔵合金、特に
Mg系水素吸蔵合金に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の水素吸蔵合金としてはM
g−Ni系合金よりなるものが知られている(例えば、
特公平7−84636号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来合金
は、その溶製後活性化処理を必要とするため、それに応
じて工数およびコストの増加を来たし、また活性化処理
を行ったにも拘らず、水素化速度および脱水素化速度が
未だ遅い、という問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、活性化処理を
行わなくても、速い水素化速度および脱水素化速度を有
する前記水素吸蔵合金を提供することを目的とする。
【0005】前記目的を達成するため本発明によれば、
複数のMg結晶粒の集合体よりなり、且つそれらMg結
晶粒の平均粒径DがD≦500nmであるマトリックス
と、そのマトリックスに分散し、且つ粒径d1 が50nm
≦d1 ≦500nmである複数の金属間化合物微粒子と、
複数の前記Mg結晶粒内に分散し、且つ粒径d2 が5nm
≦d2 ≦20nmである複数の超微粒子とより構成されて
いる水素吸蔵合金が提供される。
【0006】水素吸蔵合金における水素吸蔵過程は、以
下に述べるような第1および第2段階に大別することが
できる。 第1段階:水素吸蔵合金表面への水素分子の吸着および
その水素分子の水素原子への解離、 第2段階:水素原子の水素吸蔵合金内部への拡散。
【0007】水素吸蔵合金における3つの構成要件のう
ち、金属間化合物微粒子はマトリックスを活性化して、
第1段階の促進に寄与する。またマトリックスおよびそ
の結晶粒に含まれた超微粒子は、第1段階の後段、つま
り水素分子の水素原子への解離および第2段階の促進に
寄与する。
【0008】ただし、金属間化合物微粒子の粒径d1
前記範囲を逸脱すると、マトリックスの活性化および第
1段階促進の効果が得られない。またマトリックスの平
均粒径Dおよび超微粒子の粒径d2 が前記範囲を逸脱す
ると、水素分子の水素原子への解離および第2段階促進
の効果が得られない。
【0009】一方、水素吸蔵合金における水素放出過程
は、以下に述べるような第1および第2段階に大別する
ことができる。 第1段階:拡散による水素原子の水素吸蔵合金表面への
集合、 第2段階:水素原子の結合による水素分子の生成および
水素吸蔵合金表面からの水素分子の離脱。
【0010】水素吸蔵合金における3つの構成要件のう
ちマトリックスおよびその結晶粒に含まれた超微粒子
は、第1段階の促進、および第2段階の前段、つまり水
素原子の結合による水素分子の生成に寄与する。また金
属間化合物微粒子はマトリックスを活性化して、第2段
階の促進に寄与する。
【0011】ただし、マトリックスの平均結晶粒径Dお
よび超微粒子の粒径d2 が前記範囲を逸脱すると、第1
段階促進および水素原子の結合による水素分子の生成の
効果が得られない。また金属間化合物微粒子の粒径d1
が前記範囲を逸脱すると、マトリックスの活性化および
第2段階促進の効果が得られない。
【0012】
【発明の実施の形態】水素吸蔵合金は、図1に示すよう
に、複数のMg結晶粒の集合体よりなり、且つそれらM
g結晶粒の平均粒径DがD≦500nmであるマトリック
スと、そのマトリックスに略均一に分散し、且つ粒径d
1 が50nm≦d1 ≦500nmである複数の金属間化合物
微粒子と、複数のMg結晶粒内に分散し、且つ粒径d2
が5nm≦d2 ≦20nmである複数の超微粒子とより構成
されている。なお、粒径とは、顕微鏡組織図(または金
属組織を示す顕微鏡写真)においてMg結晶粒等の最長
部分の長さを言う。
【0013】例えば、水素吸蔵合金はMg−Ni系合金
より構成され、この合金において、前記金属間化合物微
粒子はMg2 Ni微粒子であり、また超微粒子はMg−
Ni系超微粒子である。この場合、Mg含有量は66.
7原子%≦Mg≦99原子%に、またNi含有量は1原
子%≦Ni≦33.3原子%にそれぞれ設定される。N
i含有量がNi<1原子%ではMg2 Ni微粒子および
Mg−Ni系超微粒子を形成することができず、一方、
Ni>33.3原子%ではマトリックス全体がMg2
iより構成されるため、前記のような顕微鏡組織を得る
ことができない。4wt%以上の高水素吸蔵量を実現す
るためには、Niの上限値は27原子%に設定される。
【0014】以下、具体例について説明する。 (A) メカニカルアロイングによる水素吸蔵合金の製
造 純度がそれぞれ99.9%であり、且つ粒径がそれぞれ
100メッシュよりも小であるMg粉末およびNi粉末
を、水素吸蔵合金の組成がMg95Ni5 (数値の単位は
原子%)となるように秤量して、合計3gの混合粉末を
得た。この混合粉末を遊星型ボールミル(Furitsch製、
P−5)の容量80mlのポット(JISSUS316
製)に直径10mmのボール(JIS SUS316製)
18個と共に入れ、ポット内が10-3Torrとなるまで真
空引きを行った。真空引き後、ポット内に2MPaの水
素加圧を施し、ポット回転数 780rpm 、ディスク回
転数 360rpm 、処理時間 10時間の条件でボール
ミリングを行った。ボールミリング後、グローブボック
ス中で水素吸蔵合金粉末を採集した。これを実施例とす
る。 (B) 溶製法による水素吸蔵合金の製造 純度がそれぞれ99.9%であるMg粉末およびNi粉
末を、水素吸蔵合金の組成がMg95Ni5 (数値の単位
は原子%)となるように秤量し、次いでその秤量物を高
周波溶解し、その後鋳造を行ってインゴットを得た。こ
のインゴットをグローブボックス中で粉砕・分級して、
粒径が10μmよりも小である水素吸蔵合金粉末を得
た。さらに、この粉末に活性化処理を施した。活性化処
理に当っては、粉末を容器内に入れ、350℃にて、容
器内を10-4Torrに真空引きし、次いで容器内に4MP
aの水素加圧を施し、これを1サイクルとして5サイク
ル繰返し行った。このようにして得られた水素吸蔵合金
粉末を比較例とする。 (C) 金属組織の観察 実施例について、透過電子顕微鏡および付属のEDX
(エネルギ分散型X線回折)を用いて金属組織の観察を
行った。図2は実施例の顕微鏡組織を示し、この図面に
おいて、Mg結晶粒の集合体よりなるマトリックスと、
そのマトリックスに分散するMg2 Ni微粒子と、Mg
結晶粒内に分散するMg−Ni系超微粒子とが観察され
る。また図3は、図2を部分的に拡大した場合に相当す
る顕微鏡組織を示し、この図面において、Mg結晶粒
と、それに分散するMg−Ni系超微粒子とが観察され
る。
【0015】比較例の金属組織は、それが溶製法による
ものであることに起因して、実施例に比べ粗大化してお
り、Mg結晶粒の平均粒径およびMg2 Ni粒子の粒径
はそれぞれ約1μmであって、Mg結晶粒内にはMg−
Ni系超微粒子の存在は認められなかった。 (D) 水素の吸蔵・放出特性およびPCT線 実施例および比較例について、容積法による圧力−組成
等温線(PCT線)測定法(JISH7201)に規定
された真空原点法に則って、300℃および350℃に
てそれぞれ水素化速度試験を行い、また300℃にて脱
水素化速度試験を行った。
【0016】図4,5はそれぞれ測定温度300℃およ
び350℃における水素化速度試験結果を示す。この試
験においては、真空状態から3.2MPaの高圧水素加
圧を行った。実施例と比較例は同一組成(Mg95
5 )であるにも拘らず、水素化速度に関し両者間には
大きな差が生じており、実施例は、水素導入後60sec
間で5wt%以上の水素を吸蔵する、という優れた水素
化特性を持つ。また実施例は、最終的には6wt%以上
の高水素吸蔵量を有する。
【0017】図6は測定温度300℃における脱水素化
速度試験結果を示す。この場合、実施例および比較例の
300℃におけるプラトー圧と、装置の仕様上の制約か
ら初期設定水素圧力は0.03MPaであった。図6か
ら明らかなように、実施例においては、水素放出曲線の
放出開始後の下り勾配が比較例に比べて、極端に急であ
り、したがって実施例は優れた脱水素化速度を有するこ
とが判る。なお、実施例における水素放出量が約5.1
wt%で一定となっているのは、水素の放出に伴い試料
容器内の水素圧力が増加し、5.1wt%放出したとこ
ろで平衡解離圧に達したためである。
【0018】図7は、実施例および比較例に関する前記
測定結果としての水素放出曲線を示す。測定条件は、測
定温度:300℃;圧力安定時間:20sec ;収束時
間:5min ;収束判断時間:1min ;収束差圧:0.0
01MPa;プラトー判断:0.3Log(P)/(w
t%)である。この測定では収束時間を5min に設定し
たため、比較例は反応速度が遅いことからプラトー圧が
著しく低くなっている。この水素放出曲線の測定に要し
た時間は、実施例の場合は2時間50分であり、一方、
比較例の場合は20時間であった。よって、工業的に応
用可能な測定条件では、実施例および比較例に大きなプ
ラトー圧の優位差が現われ、水素吸蔵量にも違いが生じ
ることが判る。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば前記のように構成するこ
とによって、活性化処理を行わなくても速い水素化速度
と高い水素吸蔵量とを有し、その上、脱水素化速度も速
い等、優れた実用性を有し、工業的応用範囲の広い水素
吸蔵合金を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】水素吸蔵合金の顕微鏡組織の概略図である。
【図2】実施例の顕微鏡組織図である。
【図3】図2を部分的に拡大した場合に相当する顕微鏡
組織図である。
【図4】測定温度を300℃に設定した水素化速度試験
における経過時間と水素化量との関係を示すグラフであ
る。
【図5】測定温度を350℃に設定した水素化速度試験
における経過時間と水素化量との関係を示すグラフであ
る。
【図6】測定温度を300℃に設定した脱水素化速度試
験における経過時間と水素化量との関係を示すグラフで
ある。
【図7】測定温度300℃における水素放出曲線を示
す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のMg結晶粒の集合体よりなり、且
    つそれらMg結晶粒の平均粒径DがD≦500nmである
    マトリックスと、そのマトリックスに分散し、且つ粒径
    1 が50nm≦d1 ≦500nmである複数の金属間化合
    物微粒子と、複数の前記Mg結晶粒内に分散し、且つ粒
    径d2 が5nm≦d2 ≦20nmである複数の超微粒子とよ
    り構成されていることを特徴とする水素吸蔵合金。
  2. 【請求項2】 前記金属間化合物微粒子はMg2 Ni微
    粒子である、請求項1記載の水素吸蔵合金。
  3. 【請求項3】 前記超微粒子はMg−Ni系超微粒子で
    ある、請求項1または2記載の水素吸蔵合金。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001000891A1 (fr) * 1999-06-24 2001-01-04 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Poudre d'alliage de stockage d'hydrogene et son procede de production
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DE102008040734A1 (de) 2007-07-27 2009-02-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi Wasserstoffspeichermaterial und Verfahren zur Herstellung desselben

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