JPS58207353A - 水素貯蔵材 - 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】 本発明は、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）おはヒマ
クネシウム（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ＬａＪ　、
　ＣａＨ２、ＴｉＨ２、ＺｒＨ２、ＶＨ。

ＮｂＨのように示され、金属原子１個に対して最友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、
さらに温度またはハＥカ条件あるいはそｉ−＋らの両方
の条件を変化させることによっ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３、従って金属水素
化物を形成する金属′は、水素を貯蔵および保持ｒる材
料としてイ史月１することができる。。

しかし、゛これら単体金属材料ｔ１、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１・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ＩＦ、の水素雰囲気化で、約４ｏ　ｏ　”
Ｃ，以りの加熱が必要であり、水素放出には約６００°
Ｃ以Ｈの加熱が要求さｆするという欠点をもっている３
゜これら前記の欠点を除くため、その抜挿々の水素貯蔵
材が見出された。例えばＭｇ２Ｃｕ　、　Ｍｇ２Ｎｉで
代表されるＭｇ系、ＬａＮｉ　５で代表される希１−類
系、ＦａＴｉ　、　Ｔｉ　　Ｃｕ系、Ｔｉ−Ｎｉ系、Ｔ
ｉ　　Ｃｏ系合金で代表されるＴｉ系などである。しか
し、Ｍｇ系合金は単位重敗当たりの水素吸蔵鼠１・１大
きいが、水素の吸蔵および放出が高温（約２５０”ＣＪ
、ソ１−）で行わなければならず、１−７かも長時間を
要する２、寸だ常温での水素解離圧が非常に低いだめ、
水４・の放出にはかなりのエネルギーを必要とする５、
これと反対に希土類系合金は常温での水素解離ｊｈｌ数
気圧であり、水素の吸収および放出も常温で口Ｙ能で、
しかも比較的短時間で反応が行わｊするが、原材料費が
非常に高価であり、また金属単位ｊＴｉ：　：（：当た
りの水素吸蔵能力は他のものに比べて小さいため、水素
貯蔵材としての広汎な一般的用途には適していない。

一方、前記Ｔｌ系合金の中で最も有望なＦｅＴｉ合金、
あるいはごく少鼠のＭｎを添加しまたＦｅＭｎ−Ｔｉ系
合金は、比較的安価であり、水素のｌ＋＋’ｒ離圧も常
温で数気圧あるなどの点から最も実＋１４　（’１が高
いものとされている。し、かし７、こｔｌＣ）も初期水
素化において、なお高温（約３５０”Ｃ以１−）、高圧
（約３０気圧以」−）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祠に比べ、水素の吸収お
よび放出などの操作条件を著しく緩和し、かつ単位爪叶
当たりの水素吸蔵ｆｔｊ’、　＋放出１４ｋを増大させ
、実用ト必要な緒特性が極めて優れ、しかも低価格な水
素貯蔵および保持材料を提イｊ（することを１−ｊ的と
するものである。本発明の水素貯蔵材はＯ〜８屯駄係（
世し０は含丑ない）のＭｇと、３２〜４８重駁チのＴ１
と残部Ｍｎからなる三元系合金、特には約３０１１のＭ
ｇと、約３６屯ｉ辻係のＴｉを介むＴｉ−ＭｎＭｇ系合
金からなるものである。。

本発明の水素貯蔵材は、構成ノ［ユ素とし２て少叶のＭ
ｇを加えることによって、先に本発明者らが提案したＴ
ｉ　　Ｍｎ系合金水素化物の緒特性のうち、室温での最
大吸蔵水箪舗の増大化、および安全（１１１、さらに印
加圧力１反応速度、取出し回収などの操作ｆ１能を改善
したものである。１ 以下、本発明をその実施例により説明する。

合金を製造するだめの出発物質として、例えは市販の純
度９９チのスポンジ・チタンと、例えば市販の約１ｏｍ
ｍ角、厚さ約１’、５　ｍｍ　、純度９９　％　ｔ’）
板状電解マンガン、および市販の純度９９．９　％　ｔ
’）塊状マグネシウムを所定のにだけ秤ｌシ２、例える
ｌ下面から順にマグネンウム、マンガン、チタン荀銅製
るつぼに入れ、アルゴンアーク炉なとで重接溶解する。

表裏面、数回の溶解で均質なボタン状Ｔｉ　−Ｍｎ−Ｍ
ｇ系合金を製造することができる１、１１）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’ｊ−ンレス鋼製の水素
活性化用反応容器に入’Ｊ”　、’？ｉ　８’ｒ’ｒ内
の空気等を真空ポンプにより数分間排気しで、１０−１
〜１０’ｍｍＨｇ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
址約１ｏｙ−では、約２０℃のイ）と、数分間で水素吸
収が完了し、粉末状のＴｌＭｎ−Ｍｇ系合金水素化物が
形成さＪする。その結果合金１０ｙ−当たり約２．２１
以−Ｆの水素を固体である合金中に貯蔵することができ
る１゜ 本発明の合金は、常温では酸化物層あるいけ窒化物層を
形成することは少なく、しかも水素ガス中の不純物の影
響も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１代あるいは分解熱には、従来のものに比べ小
さく、この漬でも有利である。

第１図は、本発明ノＴｉ　　Ｍｎ−Ｍｇ系合金の２０゛
Ｃにおける水素を放出する際の圧力　組成等基線図であ
る。Ｊ図中、ＡはＴｉ３ｅ、４重量％、Ｍｎ６２．６重
μ係、Ｍｇ１重祉係の組成からなる合金、ＢはＴｉ３５
．７重量％　、　Ｍｎ　ｅｏｌ、３小）ｔｒ　％　＋　
’ｇ　３市駄チ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Ｔｉ”　１．５０　”＋１
．Ｏ５（Ａｌ、ＴｉＭｎ　＋、ｓｏ　Ｍｇａ、＋ｙ　［
Ｂｌである１、これらの合金は、最入水素吸蔵状態で、
ＡはＴｉＭｎ、、５ｏＭｇｏ、。５　Ｈ，、、ＢはＴｌ
Ｍｎ５．５ｏＭｇｏ、、７Ｈ２，５ｏの水素化物を形成
し、この時の吸蔵水素散は、常温で約２１　ｅ　Ｊ／ｙ
−ｉＡＩ、２２４　ｍ１７ｇ　（Ｂｌであった。

また、第２図は組成式ＴｉＭｎ　＋、ｓ　Ｍｇｘ合金（
ｘｌｌＭｇの含有原子比）の常温における吸蔵水素−１
（印加圧力４０気圧の場合）または放出水素量゛（′入
気圧、解放の場合）と、Ｍｇの含有割合（ΦＥ１１”比
）との関係を示す図である。第２図より吸蔵水素：Ｉ；
−は、初期Ｍｇの含有率と共に増大し、約３チで最大値
をとり、その後、単調に減少し、て約８係を、ｌＡ’え
ると１．Ｍｇを含有しないＴｉ　−Ｍｎ二元合金６１．
０も少なくなり好捷しくない。一方、枚用水素ｆＩｉＱ
ＶＭｇ含有率が０〜８チの間では１１ぼ一定であり、約
８係を越えると急激に減少し、水素貯蔵材と１での効果
が薄れる。

第３図ばＭｇ含有率が０〜８重量係の範囲し乙シ。

るＴｉ　−Ｍｎ　−Ｍｇ系合金の常温における吸蔵水素
：１；または放出水素量とＴｉの含有割合（重［、（５
率、）、１−の関係図である。第３図より、゛吸蔵水素
ｈ１はＴ１の含有率が大きくなるにっねて増大し、特に
、Ｎ’Ｊ３２重量％Ｔｉを越えると急激に増大する６、
−ツノ放出水素量は約３６重量ｑ６　Ｔｉの付近でピー
クとなり、Ｔ１の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５０ｍ１／
を以下となるため、水素貯蔵材として適さなくなる。

以Ｊ−の実施例から明らかなように、０〜８重量（但し
、ｏは含まなイ）ノＭｇと、３２〜４ＢＩＴ＋、量チの
Ｔ１と、残部ＭｎからなるＴｉ　−Ｍｎ−Ｍｇ系合金、
特に約３．０重１社係の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。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴｌＭｎ１．５０　Ｍｇｏ、ａｓ水素化物（ム
）と、ＴＩＭ”　＋、ｓｏＭｇｏ、＋ｚ　′７に素化物
＋Ｂｌ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’ｉ
ｔ　ｔだは放出水素量−と、Ｍｇ含有率との関係図、第
３図はＴニーＭｎ−Ｍｇ系合金の常温における吸蔵水素
敏捷たは放出水素量と、Ｔｉ含有鼠との関係図である。 。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　リＪ　ほか１名第
２図 町　イ訪冑宇Ｉ名゛　（吏ｔ％） 第３図 Ｔｔ、、！′、、勇割伶（皇量２］

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ８重置チ以下のＭｇと、３２〜４８＠惜チのＴ１と、残
   部Ｍｎからなる合金よりなる水素貯蔵材、。