JPH02209446A - 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・放出しつる水
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、ビートポンプ、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、
ＦｅＴｉ５′ などが代表的である。

ＦｅＴｉ系合金は、水素の貯蔵・精製という利用分野に
ついては最も有望である。しかし、合金のヒステリシス
（吸蔵平衡圧と解離平衡圧との差）が大きいため、高速
で水素吸蔵放出を繰り返すシステムには適していない。

ＬａＮｉ５合金は、性能が良いが高価であるため、Ｌａ
をミツシュメタル、Ｍｍ（ＭｍはＬ　ａ、　Ｃｅ。

Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｙなどの希土類元素の混合物）で置
き換えたＭｍＮｉ系合金の開発が、工業技術院大阪工業
試験所を中心に行われ、安価で水素吸蔵量もＬ　ａ　Ｎ
　ｉ　５合金と同程度である種々の合金が開発された。

ＭｍＮｉ５合金は、水素吸蔵解離圧が高くヒステリシス
が大きいため、これをもとに多くの研究機関において特
性改善が行われている。

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／ｃｊ以上となると、法律的に種々の制約があ
り、１０ｋｇ／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。

ＭｍＮｉ５−ｘＣｒｘ　（式中、Ｍ＋ｎは希土類元素で
ある。Ｘは原子数比）は添加元素として安価なＣｒを用
い、ＭｍＮｉ５に比較して、水素解離圧の低減化を実現
させている。しかしながら、前記ＭｍＮ　ｉ　５−ｘ　
Ｃｒｘ金合金、水素吸蔵圧と水素放出圧の差であるヒス
テリシスが大きいという欠点があった。

ヒステリシスが大きいと、水素吸蔵合金に水素を吸蔵・
放出させる場合に、より大きな温度差で冷却・加熱させ
るか、あるいはより大きな圧力差で水素加圧・減圧しな
ければならず、エネルギーロスが大きい。

特公昭５９−４７０２２号公報では、ＲＮｉ５−ｘＣｒ
ｘ（式中、Ｒは希土類元素である。Ｘは原子数比）合金
に第四成分としてＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、　Ｎｂ、Ｔａ
を添加または置換し、ヒステリシスを低減化させている
。しかし上記第四成分は、いずれも高価であるため、よ
り安価でヒステリシスの低減化に効果的な水素吸蔵用金
属材料が求められていた。

（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、安価で、ヒステリシスが小さく、活性化操作が容易
で、水素吸蔵量が大きく、１０　ｋｇ　／ＣＩＩｙ以下
の水素圧で迅速に水素吸蔵か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、ＭｍＮｉＣｒ系水素吸蔵用金属材料にＺｎを
添加することが、ヒステリシスを小さくすることに有効
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、ＭｍＮｉ５−ｘＣｒ、Ｚｎ２（式中
、Ｍｍはミツシュメタルであり、ｘ、ｙ、ｚは何れも原
子数比で、Ｘは０．２〜１．５、ｙは０，２〜０．８．
２は０．２〜０．８で、かツ０．４≦ｙ＋ｚ≦１．５、
及び４．５≦５−ｘ十ｙ＋ｚ≦６．０なる関係を満足す
る。）で表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、安価で、ヒステリシス
が小さく、活性化操作が容易で、水素吸蔵量が大きく、
１０ｋｇ／ｃ−以下の水素圧で迅速に水素吸蔵が可能で
ある。

本発明では、Ｍｍ成分はミツシュメタルとして添加し、
前述の水素吸蔵用金属材料の組成においては、Ｍ＋ｎを
基準としＭ　ｍ　１　、０として合金の組成を定めた。

一般にミツシュメタル（Ｍｍ）は、希土類元素の混合物
として市販されている。Ｍｍの一例を挙げれば、Ｃｅが
約５０％、Ｌａが約３０％、Ｎｄが約１５％、Ｐｄが約
４％、他約１％の混合物である。このため、希土類元素
の単一金属を用いる場合に比べ、ミツシュメタルの使用
は経済的にも有利である。

以下に本発明でＭｍ以外の成分範囲を限定した理由を説
明する。

Ｎｉの割合（原子数比）を示す５−ｘにおいて、Ｘ値が
０．２未満では、解離圧の減少に伴い水素吸蔵量の減少
が起こる。１．５より大きくなると、水素吸蔵量の減少
が大きくなる。

Ｃｒの割合（原子数比）を示すｙ値が０．２未満では、
Ｃｒの量が不足するため解離圧を十分に下げることが出
来ない。０．８より大きくなると、水素吸蔵量の減少が
大きくなる。

Ｚｎの割合（原子数比）を示す２値が０．２未満では、
ｚｎの量が不足するためヒステリシスを十分に小さくす
ることが出来ない。　０．８より大きくなると、プラト
ー性が悪くなる。

また、（ｙ＋ｚ）が１．５より大きいと、水素吸蔵量が
小さくなる。以上のことから、ｙは０，２〜０．８、Ｚ
は０．２〜０．８．０．４≦ｙ＋ｚ≦１．５なる関係に
限定した。

（５−ｘ＋ｙ＋ｚ）値については、４，５≦５ｘ＋ｙ＋
ｚ≦６．０なる関係が成立する。この範囲以外になると
、ＭｍＮｉ５型の六方晶の金属化合物から構造がかなり
変化するため、水素吸蔵量の減少や、プラトー性が悪く
なるので望ましくない。

（実　施　例） 合金溶製の原料としては、純度９８％のＭｍ（Ｃｅ５０
％、Ｌａ３０％、Ｎｄ　１５％、Ｐｒ４％、その他の希
土類元素１％）　、９９．８％のＮｉ、９９％のＣｒ。

９８％のＺｎを用いた。

ＭｍＮ　ｉ　５−ｘ　Ｃｒ、　Ｚ　ｎ２で表される水素
吸蔵用金属材料において、原子数比でＸは０．２〜１，
５、ｙは０．２〜０．８、ｚは０．２〜０．８で、かつ
０．４≦ｙ＋ｚ≦１．５、及び４．５≦５−ｘ＋ｙ＋ｚ
≦６．０なる関係が成立するように、Ｍｍ、Ｎｉ　、Ｃ
ｒ。

Ｚｎを秤量し、水冷銅ルツボを有するアルゴンアーク炉
で溶解した。

製造した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、２８メツシユ以下の粒度のものを性能試験
に用いた。

製造した試料はＮｏ、　１〜Ｎｏ、　３で、各々の組成
分析値を第１表に示す。

２５°Ｃにおいて、真空排気２５分・水素１０ｋｇ／ｃ
Ｊ加圧２５分のサイクルで、全ての試料とも５サイクル
以内に、活性化を完了した。

これらの試料の活性化条件、水素吸蔵量、ヒステリシス
ファクター、水素解離圧を第１表に示す。

尚、ヒステリシスファクターは、以下の式（１）で定義
した。

Ｉｎ（Ｐａ　／Ｐｄ）　　　　　　　　　　（１）Ｐａ
はプラトーを示す部分の水素吸蔵圧、Ｐｄはプラトーを
示す部分の水素解離圧を表す。

本発明合金Ｎ０１１の圧力温度線図を第１図に示す。

また、本発明合金Ｎ０１１〜Ｎ０１３の比較合金として
、公知のＭｍＮ　ｉ４．５　ＣｒＯ，５合金（Ｎｏ、　
４　）の活性化条件、水素吸蔵量、ヒステリシスファク
ター水素解離圧を第１表に、圧力温度線図を第１図に示
す。

第１図、第１表から、本発明合金歯、１〜Ｎｏ、３が、
Ｎ００４に比較してヒステリシスが極めて小さくなって
いることが判る。

（発明の効果） 上記のように、本発明の水素吸蔵用金属材料は、安価で
、ヒステリシスが小さく、活性化操作が容易で、水素吸
蔵量が大きく、１０ｋｇ／ｃ＋＃以下の水素圧で迅速に
水素吸蔵が可能であることより、実用性、経済性の面で
多大な効果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は、ＭｍＮ　ｉ　４．２　Ｃｒ　Ｏ，５Ｚ　ｎ　
Ｏ，５合金（Ｎｏ、２）及びＭｍＮ　ｉ４．５　Ｃｒｏ
、５　　（Ｎｏ、４）合金の圧力温度線図を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＭｍＮｉ＿５＿−＿ｘＣｒ＿ｙＺｎ＿ｚ（式中、Ｍｍは
   ミッシュメタルであり、ｘ、ｙ、ｚは何れも原子数比で
   、ｘは０．２〜１．５、ｙは０．２〜０．８、ｚは０．
   ２〜０．８で、かつ０．４≦ｙ＋ｚ≦１．５、及び４．
   ５≦５−ｘ＋ｙ＋ｚ≦６．０なる関係を満足する。）で
   表される組成の水素吸蔵用金属材料。