JPH02200755A - 水素吸蔵用金属材料 - 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、水素を高密度かつ安全に吸蔵・放出しうる水
素吸蔵用金属材料に関するものである。

（従来の技術） 近年、水素をある種の金属あるいは合金に吸蔵させて金
属水素化物という形で貯蔵、輸送したり、水素の分離、
精製に利用したり、ヒートポンプ、熱の貯蔵などに利用
する方法が提案されている。

この金属水素化物をつくる合金としてはＬａＮｉ　　　
ＣａＮｉ５．Ｍｇ２Ｎｉ、ＦｅＴｉなどが代表的である
。そのなかで、ＦｅＴｉ合金は安価で水素吸蔵量も多く
、最も大きな期待が寄せられている。

しかし、ＦｅＴｉ合金は活性化処理（水素を最初に合金
に吸わせる操作）に高温（４００℃）、高圧（ａｎ気圧
）、長時間（１週間程度）を要することが知られていた
。

本発明者らは、先に活性化処理を容易にしたＦｅＴｉＭ
ｒｎ系水素吸蔵用全水素吸蔵用金属材料特公昭６１−０
４．７２１６号公報）。Ｍａｎとは、希土類元素を表し
、Ｌａ、Ｃｏ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓ＊、Ｙなどの単体で用い
られることもあるが、多くは混合物で、一般的にＣｅが
約５０％、Ｌａが約３０％、Ｎｄが約１５％、Ｐｒが約
４％、他約１％の混合物（ミツシュメタル）であり、前
述の混合物とじて合金に添加さイ・することが多い。

前記Ｆ　ｅ　Ｔ　Ｉ　Ｍｒｎ系水素吸蔵用金属材料は、
Ｔ１をＦａに対して原子数比でｌ）、９〜ｉ、０５、Ｍ
ＩＧ　Ｆ　ｅに対し、て原子数比で０．０１５〜Ｏ」か
らなる組成である。

この合金は、室温で２．５〜７時間と非常に迅速に活性
化でき、さらに水素吸蔵量、プラトー性も良好である。

一方で、ＦｅＴｉ合金と同じく、常温では１０ｋｇ／ｅ
−程度の水素吸蔵平衡圧であるため、常温で１０ｋｇ／
ｅ−程度の水素圧で迅速に水素吸蔵を行うのは困難であ
った。

水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵容器にかかる水素圧力が
１０ｋｇ／ｃｄ以上となると、法律的に種々の制約があ
り、ＩＩ）ｋｇ／ｃ−未満の水素圧力で使用される容器
及びそれを用いたシステムでは、制約が少なくなる。こ
のため、より低い水素圧力で迅速な水素吸蔵が可能であ
るＦｅＴｉＭｒｒ＋系水素吸蔵合金が求められていた。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、その目的
は、活性化操作が容易で、安価であり、水素吸蔵量が大
きく、プラトー性に優れ、常温で１０ｋｌ（／ｅシ以下
の水素圧で迅速に水素吸蔵が可能な、水素吸蔵用金属材
料を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、ＦｅＴｔ合金にＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ。

Ｎｄ、Ｓ膳、Ｙなどの希土類元素（ＲＥＭ）を多量含有
させたうえに、Ｃｕを添加することが、水素吸蔵時の水
素圧をＦげることに有効であることを見いだし、これを
もとに開発された水素吸蔵用金属材料である。

すなわち本発明は、Ｆ　ｅ　１−ｘＴ　ｊ　ｙＲＥ　Ｍ
　ｚ　Ｃｕ　。

（式中、ｘ、　　ｙ、　　ｚは何れも原子数比で、０、
旧≦ｘ≦０．１．０．９０≦ｙ≦１．０５、ＲＥＭは希
土類元素で０．０１０１５≦ｚ≦０．１である。）で表
わされる組成の水素吸蔵用金属材料である。

本発明の水素吸蔵用金属材料は、活性化操作が容易で、
安価であり、ｌｏｋｇ／ｃ−以下の水素圧で迅速に水素
吸蔵が可能であるうえに、更に水素吸蔵量が大きく、プ
ラトー性にも優れている。

本発明の水素吸蔵用金属材料におけるＲＥＭ含有量、２
と活性化性能との関係を第１図に示す。

縦軸は、水素圧１０ｋｇ／ｃ−で２４時間以内に活性化
できるための処理温度、横軸は２の値（ＲＥＭ／（Ｆｅ
＋Ｃｕ）の原子数比）である。

尚第１図では、基本的な合金の成分としては、Ｆｅ［）
、９ｇ”　’　１．ＯＱＲＥＭｚ　ｃｕＱ、０２を用い
た・ｚの値が０．０２以上ではいずれも室温で活性化で
きるのに対して、０．侃５では５０℃、０．（１１２で
は８０℃以上を必要とした。

このことから、実用化を考慮した場合には、室温近傍で
活性化できることが望ましいので、２の値は０．０１５
以上とした。また、２の値が増加するに連れて活性化に
必要な時間は短くなり、活性化性能は向」−するが、０
゜■を超えると、はとんどそれ以上の性能向りが認めら
れないことから上限を０．１　とした。

ＲＥＭとしては、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ。

Ｓｓ、Ｙなどの希土類元素の１種または２種以上を添加
すればよく、希土類元素単体の１種もしくは２種以上を
同時に添加しても、混合物であるミツシュメタル（Ｍｓ
）でもよい。特に得られた合金がＣｅを含む場合は効果
的である。

ＦｅＴｉ合金において、Ｃｕを添加することにより、Ｒ
ＥＭを添加しなくても活性化性能は多少向上するが、１
０ｋｇ／ｅ−の水素圧下においては活性化が起こらない
。活性化を行うためには、３０ｋｇ／Ｃ−程度の水素圧
が必要である。この水素圧下においても、Ｃｕ添加ｍ０
．１で、活性化温度は８０℃を必要とする。

これを第２図に示す。

第３図は、ＴＩの含有量すなわぢｙの値が、プラトー性
及びプラトーを示す水素吸蔵領域に与える影響を示した
ものである。プラトー性は、以下の式（１）で定義した
。

ｄｆＩｎ（Ｐｄ）／ｄ（Ｈ／Ｍ）　　　　　（１）Ｐ’
　ｄはプラトー・を示す部分の水素解離圧、（Ｈ／Ｍ）
は水素吸蔵量を示し、Ｈは水素原Ｔの個数、Ｍは合金原
子の個数を示す。ｙの値が１．０の場合（ＦｅＯ，９８
”　’　１．００ＲＥＭＯ，０５ＣｕＯ，０２）では、
プラトー性が非常に良いのに対して、１．０５では幾分
悪くなり、１．１０の場合では更に悪化する。

この範囲を超えると更に悪くなり、遂にはプラトーが認
められなくなる。

また、ｙの値が０．９０より小さくなると、プラトーを
示す水素吸蔵領域が小さくなる。ＲＥＭの含有量及びＣ
ｕの含有量によって、ｙの値のプラトー性に及ぼす影響
は多少異なるが、大きな差異は認められなかった。この
ため、ｙは０．９０〜１．０５の範囲とした。

Ｃｕの含有ｆｆ１ｘは、水素解離平衡圧力を大きく変化
させる。これを第４図に示す。

水素解離平衡圧力は、Ｃｕ量を原子数比で０．１程度添
加することによって、添加しない場合の１１５程度に低
下させることができる。常温近傍で１０ｋｇ／ｅシ以下
の水素圧で迅速に吸蔵させるためには、合金の水素吸蔵
領域圧がｌＯｔｔｇ／ｃ−以下であることが必要である
。このためＣｕ添加量は（Ｆｅ＋Ｃｕ）に対して、原子
数比でｏ、ｏｉ以上必要である。

迅速に水素放出が可能であるためには、５ｋｇ／Ｃ−程
度の水素平衡放出圧が望まし、く、このためには、合金
を加熱する必要がある。８０℃以下の容易に得られる温
度において、５ｋｇ／ｃｄ程度の水素放出圧を得るため
には、このＣｕ添加量は（Ｆｅ→Ｃｕ）に対して、原子
数比で０．１以下が望ましい。

以上の水素吸蔵、放出の両者の観点から、Ｘは０．０１
以上ｏ、ｉ以下とした。

（実　施　例） 合金溶製の原料としては、純度９９．９％の電解鉄、９
９．７〜９９．８％のスポンジチタン、９８％のＲＥＭ
（Ｃｃ：約５０％、Ｌａ：約３０％、　Ｎｄ：約１５％
、Ｐｒ＋約４％、他；約１％）、９９％程度のＣｕを用
いた。

原子数比でＦｅを（１，−ｘ）、ＴＩをｙ値として０．
９０〜１．０５、Ｍｌを０．０１５〜０．１　、　Ｃｕ
をＸ値として０．Ｉ以下となるように秤量し、水冷銅ル
・ツボを一有′する′ア゛・ル゛ゴンア一り・炉で溶解
し、Ｆｅ　　　Ｔｉ　　ＲＥＭ　　Ｃｕ　　を溶製した
。

１−Ｘ　　　ｙ　　　　Ｚ　　　Ｘ ボタン状の合金試料は空気雰囲気下で、振動ミルで粉砕
し、６０〜１．５０メツシユの粒度のものを特性試験に
供した。

第１表に製造したＦ　ｅ　ｉ−ｘ　Ｔ　１　、　ＲＥＭ
ｚ　Ｃ’　ｘ合金の分析値、室温１０ｋｇ／ｅ−の水素
圧力下での活性化に必要な時間、及び活性化後の合金の
３０℃における水素圧）Ｏｋｇ／ｃｄ以下での水素吸蔵
量、プラトー性、水素解離平衡圧力を示した。

この第１表から本発明の合金は、活性化操作が容易で、
水素吸蔵】が多く、プラトー性に優れ、水素吸蔵時の水
素圧力が十分に減少していることがわかる。

／ （発明の効果） 上記のように、本発明の水素吸蔵用金属Ｈ料は、。

活性化操作が８昌で、安価であり、水素吸蔵量が多く、
プラトー性に優れ、１０ｋｇ／ｅ−以下の水素圧で迅速
に水素吸蔵が可能であることにより、実用性、経済性の
而で多大な効果をもたらすものであるから、産業界に寄
与するところが極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｆｅ、、Ｔ　ｔ、ＲＥＭ、！、Ｃｕｘ合金の
ＲＥＭｆｉ、ｚ値と活性化温度の関係図表、第２図はＣ
ｕ量、Ｘ値と活性化温度の関係図表、第３図はＴｉｆｆ
１、ｙ値とプラトー性、プラトーを示す水素吸蔵領域と
の関係図表、第４図はＣｕ量５、Ｘ値と水素平衡圧の関
係図表である。 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　火弟２図 ０．０２ ＱＯ４０，０６０，ＯＢ　　　Ｏ，ＩＯ諌、Ｃ帽１第１
１−ｔ、ｒ；す尺υ量（り第１図 ０．０２ ＤＩ）４ 、Ｚ、　　　ＲＥＭ／（ＦｅすＣＬｔ）０／２ 第３図 ’７ｉ／（Ｆｅ＋Ｃは）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｆｅ＿１＿−＿ｘＴｉ＿ｙＲＥＭ＿ｚＣｕ＿ｘ（式中、
   ｘ、ｙ、ｚは何れも原子数比で、０．０１≦ｘ≦０．１
   、０．９０≦ｙ≦１．０５、ＲＥＭは希土類元素で０．
   ０１５≦ｚ≦０．１である。）で表される組成の水素吸
   蔵用金属材料。