JPS5839217B2 - 水素吸蔵用ミツシユメタル−ニツケル系合金 - Google Patents

水素吸蔵用ミツシユメタル−ニツケル系合金

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JPS5839217B2
JPS5839217B2 JP55091944A JP9194480A JPS5839217B2 JP S5839217 B2 JPS5839217 B2 JP S5839217B2 JP 55091944 A JP55091944 A JP 55091944A JP 9194480 A JP9194480 A JP 9194480A JP S5839217 B2 JPS5839217 B2 JP S5839217B2
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    • C01B3/0031Intermetallic compounds; Metal alloys
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水素吸蔵用合金に関し、より詳細には水素化物
の形態で多量の水素を吸蔵でき、しかもわずかの加熱で
容易に、かつ速やかに水素を放出できる新規にして有用
な水素吸蔵用、ミツシュメクルーニッケル系多元合金に
関する。
従来、水素は資源的な制限がなくクリーンであること、
輸送、貯蔵が容易なこと等から化石燃料に代る新しいエ
ネルギーとして注目されている。
ところで水素は気体水素、液体水素、または金属水素化
物として貯蔵されていたが、これらの中で金属水素化物
として貯蔵する方法が、安全性、吸蔵、放出を可逆的に
行ない得ること等から特に関心が持たれている。
かかる水素吸蔵物質に要求される性質としては、安価か
つ資源的に豊富であること、活性化が容易で水素吸蔵量
が大きいこと、室温付近で適当な解離平衡圧を持ち、水
素化のさい水素印加圧が低いこと、望ましくは10kg
/ffl以下であること、水素の吸蔵、放出反応が可逆
的であり、その速変が早いことなどがあげられる。
しかるに従来から水素化物を生成することが知られてい
るTi、Zr、La2Mg等の遷移金属は、水素化物の
形態で熱的に非常に安定で、例えば300℃以上の高温
ではじめて水素を放出するため、水素吸蔵用物質として
の実用性は乏しい。
また近年T 1−Ni = T 1−Co −T 1−
Fe −La−N i jMg−N i −Mm
(ミツシュメタル)−Ni等の合金が開発されたが、之
等はいずれも水素吸蔵用物質としては不利を免かれ得な
いものである。
即ち上記合金のうちTi、La及びMg系合金はいずれ
も上記Ti νLapMgの金属と同様に熱的に安定で
あるか、又は水素の吸蔵、放出に長時間を要し、また活
性化が容易とは言えず、しかも使用する金属原料として
極めて高純度のものが要求され経済面で問題があると同
時に、水素の純度も水素吸蔵能に影響を及ぼすために吸
蔵すべき水素もまた高純度のものに制限される。
またMm−Ni系合金は活性化に際し80〜90 kg
、’=の高水素圧を必要とするか、長時間を要するか、
或は多くの活性化回数を必要とすると共に水素の吸蔵、
放出に長時間を要する等の欠点があった。
そこで本発明はこれらの欠点を解消すべくなされたもの
であり、水素化物の形態で多量の水素を短時間に吸蔵で
き、水素化物をわずかに加熱するか、減圧にするか等に
よって水素を容易に放出することができ、更に水素の吸
蔵、放出が完全に可逆化に行なわれるなどの特徴を有す
るものである。
すなわち本発明はMmN i 、系合金のニッケルの所
定量を特定の金属で置換することに着目してなされたも
のであり、本発明の水素貯蔵用合金は一般式MmNi5
x Ax−y By・・・・・・・・・・・・(1)
で表わされる。
ここで式中、Mmはミツシュメタル、AはMlCu、お
よびMnからなる群から選ばれたいずれか一種の元素、
Bは−Affl、Co、Cu、、 MnおよびSiから
なる群から選ばれたいずれか一種の元素、Xは0.1〜
2の範囲の数、yは0.01〜1.99の範囲の数をそ
れぞれ表わす。
ただし、AとBとは常に異なる元素であり、Xはyより
大きい数である。
そして、Xが0.1より小さいと、たとえばMmNi、
に近い特性しか示さなくなって金属AおよびBの添加効
果があられれない。
すなわち合金MmN i 、は解離圧が高いことから、
活性化には十分な脱ガス後に高圧水素を印加するか、水
素雰囲気中で低温で保持するか、又はこの両者の組合せ
が必要であるという欠点が顕在して来る。
Xが2より大きいと、吸蔵水素の放出が困難となり高温
加熱と、時にはこれに減圧を組合せなければならないと
いう問題点が生ずる。
又、yが0.01より小さいかあるいは1.99より大
きいとMr′rINi5−xAx架るいはM1′TlN
i5−8Bxに近い特性を示し、いずれも水素化にさい
しては高圧が必要であるという不利な点を生ずる。
ここで本発明で用いられるミツシュメタルは一般にラン
タン25〜35%(重量、以下同じ)、セリウム40〜
50宏プラセオジウム1−15%、ネオジム4〜15%
、サマリウム+ガ下りニウム1〜7咎、鉄o、i〜5φ
、珪素o、i〜1係、マグネシウム0.1〜2宏アルミ
ニウム0.1〜1係等からなるものであり、すでにこれ
はミツシュメタルとして国内の数社から市販されている
本発明の上記一般式(1)で表わされるミツシュメタル
−ニッケル系多元合金を製造するに当っては、公知の各
種方法を採用できるが好ましくは弧光熔融法を採用でき
る。
即ち一般式(1)で表わされる合金の組成となるように
ミツシュメタル、ニッケル、A成分およびB成分を夫々
粉末状もしくは適当な成形体状(通常棒状)で混合波任
意の形態にプレス成形し次いでこの成形物を公知の弧光
熔融炉に装入し、不活性雰囲気下に加熱熔融し放冷する
ことにより容易に収得できる。
かくして得られる本発明のミツシュメクルーニッケル系
多元合金は、その表面積を増大できるため通常粉末の形
態で用いるのが有利である。
また上記合金は、極めて容易に活性化でき、活性化後は
、多量の水素を容易に且つ急速に吸蔵及び放出できる。
活性化は、上記合金をロータリーポンプで減圧下、80
°Cに加熱して脱ガスを行い、次いで水素を吸蔵及び放
出する操作を唯一回行うことにより実施される。
この水素の吸蔵操作即ち水素化物の形成操作は、上記合
金粉末を適当な容器に充填後、脱ガス操作のあと、室温
で系内に水素を封入し、10kg/i以下の水素圧を印
加することにより行なわれる。
このように、本発明合金は水素印加圧が10ky/−以
下という低圧で、しかも室温で数分以内の極めて短時間
に行ない得る利点がある。
これに対して公知のTi−Fe合金は、室温、50kg
/−の水素圧の印加では、水素の吸蔵は実質的に起らず
、従ってこれによる活性化も不可能であり、吸蔵操作に
は約400〜5000Gの高温を要し且つ活性化には、
この吸蔵操作を数回繰返す必要がある。
Ti−Ni及びMg−Ni合金についても、上記Ti−
Fe合金の場合と同様である。
またMm−Ni合金にあっても室温、50kg、/cr
j、の水素圧の条件で活性化させるためには、やはり上
記吸蔵操作を数回繰返さねばならない。
上記吸蔵操作の完了後は系内を排気するので容易に吸蔵
された水素の放出が起り、これにより合金の活性化が完
結する。
かくして活性化された合金への水素の吸蔵は、上記合金
を密封し得る容器例えば通常のボンベ等に充填し、之に
室温で10kg/c11¥、以下の水素圧を印加するこ
とにより実施され、これにより合金は水素化合物の形態
で多量の水素を短時間に合金内に吸蔵する。
またこの水素化合物からの水素の放出は、室温で上記容
器を開放するだけでも行ない得るが、より短時間に且つ
効率よく水素を放出するには、通常室温以上の温変に加
熱するか、減圧にするか又は両者を組み合せるのが望ま
しい。
この活性化された本発明合金への水素の吸蔵及び放出操
作は、従来公知のT i −F e、 T i −N
i、L a −N i 1Mm−N i 1M g−N
i系合金等の合金と対比して非常に容易に実施でき、
しかもこれらの合金に比して4倍以上も高速変下に効率
良〈実施できる利点がある。
更に本発明の合金は、上記水素の吸蔵及び放出が完全に
可逆的に行なわれ、水素化物の形成及びその分解反応を
何度繰返し行なっても合金自体の劣化は実質的に認めら
れず、従って長期に亘る使用が可能である。
また酸素、窒素、アルゴン、炭酸ガス等吸蔵ガス中の不
純物による影響はほとんど認められない。
以上の通り本発明合金は、簡単な操作により多量の水素
を貯蔵し得るものであり、またその放出も容易に且つ速
やかに実施でき水素吸蔵用合金として極めて有用なもの
である。
このように本発明の水素吸蔵用ミツシュメタルニッケル
系合金は、本発明により始めて開発された新規な合金で
あり、上述した水素吸蔵物質として要求される諾性質を
すべて具備する。
殊に安価でありしかも容易に活性化でき且つ多量の水素
を密吠高く吸蔵し得ると共に、室温もしくはこれを若干
上回る程晩の温和な加熱によって、吸蔵した水素を容易
に且つ速やかに放出できる特長を有する。
更に本発明合金の水素吸蔵能は、吸蔵すべき水素の純度
には何ら影響されず、従って若干量の酸素、窒素、アル
ゴン、炭素ガス等を含有する水素をも効率良く吸蔵可能
である。
加えて本発明合金は、水素の吸蔵−放出操作の繰返しに
よっても合金の性能は劣化せず、長期に亘り初期の水素
吸蔵能を保持する利点を有する。
実施例 1 下記第1表の試料A2〜12に示す組成の本発明合金に
ついて、Mm、Ni、A成分、及びB成分を棒状(径5
7n1t、長さ5間)もしくは粉末状態で混合し、次い
で混合物をプレス成形して円筒形の錠剤とした。
これを高真空弧光熔融炉の鋼製るつぼ内に装入し、炉内
を高純度アルゴンふん囲気とした後、約2000℃に加
熱熔融し、放冷して第1表に示される組成の合金を得た
得られた合金を120メツシユに粉砕後その5.0gを
ステンレス製水素吸蔵、放出反応器に採取し、以下の通
り合金の活性化を行なった。
即ち反応器を排気装置に接続して、減圧下、80℃で加
熱して脱ガス操作を行った。
次いで室温で純1i99.9999%の水素を導入し、
器内の水素圧を10kg/i以下に保持すると直ちに合
金に対する水素の吸蔵が認められ、水素の吸蔵操作を完
了後再び排気を行って上記水素の放出操作を完了させた
上記吸蔵−放出サイクルを1回行って活性化された合金
に、室温(20℃)で10kg/−以下の水素圧で純度
99.9999係の水素を吸蔵せしめ水素の封入吸蔵を
行った。
この時の本発明合金の水素吸蔵量、水素印加圧、水素化
物の解離圧、及び水素吸蔵特性などの水素吸蔵特性を第
1表に示す。
また第1表には比較のため、上記と同様に製造した公知
の合金、Mrr′lNi5についての同様の水素吸蔵特
性を併記した。
第1表より明らかなように、本発明のミツシュメタル−
ニッケル系合金はMmNi5(試料AI)に比し、室温
において10kg/cI?L以下の水素印加圧でほぼ同
等もしくはそれ以上の水素を吸蔵し得、しかもその活性
化回数も1/6に減少し、水素吸蔵速度は実に4倍も早
いことがわかる。
また上記本発明合金の水素化物からの水素の放出は、反
応器を室温もしくはそれ以上の温度に加熱するか、減圧
にするか又は2等両者を組合せることにより容易に行い
得、その放出速度も亦上記吸蔵速妾と同様に極めて速い
ものであった。
又、本発明のミツシュメタル系合金の20℃における水
素化物の解離圧は第1表から明らかなように、適当な値
を示し、水素吸蔵用合金として特にすぐれている。
実施例 2 実施例1と同様な操作で前記第1表、試料A2〜12の
本発明の合金を製造し、純度99.5%の水素を用いて
活性化を行った。
即ち水素の吸蔵、放出サイクルを1回行うだけで合金の
活性化は完了した。
次いで活性化された合金は室温(20℃)で10ky/
ffl以下の水素圧で純度99.50IOの水素を封入
吸蔵した。
この時の本発明合金(試料A2〜12)の水素吸蔵量、
水素印加圧、水素化物の解離圧及び水素吸蔵速度などの
水素吸蔵特性は、実施例1とほぼ同様であり、またかく
して得られた水素化物からの水素の放出操作及び放出速
妾も実施例1と同様に容易であり且速やかであった。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1一般式MmNi5−XAx−y Byで示される水
    素吸蔵用ミツシュメタル−ニッケル系合金。 式中、Mmはミツシュメタル、AはA4Cu、およびM
    nからなる群から選ばれたいずれか一種の元素、BはA
    A 、Co 、Cu 2MnおよびSiからなる群から
    選ばれたいずれか一種の元素、Xは0.1〜2の範囲の
    数、yは0.01〜1.99の範囲の数をそれぞれ表わ
    す。 ただし、AとBとは常に異なる元素であり、Xはyより
    大きい数である。
JP55091944A 1980-07-04 1980-07-04 水素吸蔵用ミツシユメタル−ニツケル系合金 Expired JPS5839217B2 (ja)

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