JPS5896841A - チタン多元系水素吸蔵用合金 - Google Patents

チタン多元系水素吸蔵用合金

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JPS5896841A
JPS5896841A JP56196008A JP19600881A JPS5896841A JP S5896841 A JPS5896841 A JP S5896841A JP 56196008 A JP56196008 A JP 56196008A JP 19600881 A JP19600881 A JP 19600881A JP S5896841 A JPS5896841 A JP S5896841A
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hydrogen
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hydrogen storage
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JP56196008A
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Yasuaki Osumi
大角 泰章
Hiroshi Suzuki
博 鈴木
Akihiko Kato
明彦 加藤
Keisuke Oguro
小黒 啓介
Haruhiro Tanaka
田中 治尋
Yoshio Imamura
今村 嘉男
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Toyobo Co Ltd
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Toyobo Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/32Hydrogen storage

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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】 本発明はチタン多元系の水素吸蔵用合金に関し、詳11
には水素による活性化が極めて容重で水素化物の形態で
多量の水素を@mlでき、しかも水素の吸蔵圧と放出圧
の差即ち把ステリVスが極めて小さく、わずかの加熱で
審晶且つすみやかに水素を放出するチタン多元系水素吸
蔵用合金に関するものである。
水素は資源的な制限がなくクリーンであること、輸送及
び貯蔵が春品であゐこと等の環内から、化石燃料に代る
新しい工率ルギー源として注141れている。
しかし水素は常温で気体であシ、シかも液化温度が檀め
て低いから、その貯蔵技術の開発が重要となぁ、この貯
蔵法としては、水素を金属に吸蔵させ金属水素化物とし
て貯蔵する方法が最近注目を集めている。また金属によ
る水素の吸蔵・放出反応は可逆的であり、反応に伴って
相当量の反応熱が発生し或いは吸収されること、及び水
素の吸蔵・放出圧力が温度に依存すること、を利用して
、冷暖戻装置中熱工車ルイーー圧力(機械)エネルギー
変換装置等への応用研究も進められている。
この様な水素吸蔵材料に要求される性質としては、■安
価で資源的に豊富であること、■活性化が容品で水素吸
蔵量が大きいこと、■室温付近でj@な水素吸蔵・放出
平衡圧を有し、@蔵・放出のヒステリレスが小さいこと
、■水素吸蔵・放出反応が可逆的であシその速度が大龜
いこと、等が挙げられる。
とζろでこの種の水素吸蔵材料としては例えばL鳳Nl
、十F@Ti等が知られており、これらの合金は水素の
吸蔵・放出反応が可逆的であシ水嵩I!11iIIkも
大きいが、水素@蔵・放出反応の適度が遁〈且つ活性化
が容品とは言えず、しかもヒステ98/スが大きい等の
欠点が69、実用上の大きな問題とされてい友。
本発明看等は上記の様な事情に着目し、従来の水素吸蔵
用合金の有する特長を保留しつつ前述の様な欠点を解消
すべく研究を進めてきた。その結果、TI 、IF−及
びNlをベース合金組成としこれに特定の金属元素を適
量配合すれば、上記の目的にかなう優れた水素吸蔵特性
の合金が得られることを知シ、蝕に本発明を完成した。
即ち本発明は、一般式がT I F @ 1− x N
 ’ yAzBaで示されるチタン多元系水素吸蔵用合
金に関するもので、式中AはNb、V及びzrから元素
を示し、xtxo、01NO,8* ymo、01 〜
0.81 geeo、01〜0.1! l l≦0.2
(但し0は除く)で且つ1.0≦t−x+y十露+1≦
1.!であや、しかもAとBとは常に異なる元素である
ことを満足する様に調整したところに要旨が存在する。
一般1(TiFlF−又はN量とC,C4型の立方晶を
形成してT(F@ 、TlN1或いはTjF・トdNi
d等の金属間化合物となり、水素吸蔵材料を脅揮するこ
とが確gされている。しかしながらこれらの合金は、何
れも活性化の為K11m、高圧を要すると共に水素純度
の影響を受は易く、しかも水素吸蔵圧と水m*出圧の差
即ちヒステリレスが大きい1例えばT IF @ o、
 s N l o、 $!の合金では、水素吸蔵圧が1
60℃で約80気圧であるのに対し水素放出圧は約4気
圧であり、ヒステリレスは約26気圧もある。その為水
素の吸蔵・放出を行なうに当っては、水素吸蔵用合金又
はその金属水素化物を大きな温度差で加熱又は冷却する
か、或いは大きな圧力差で水素加圧又は減圧を行なわな
ければならず、せっかくの水素貯蔵能力や水素化反応熱
も有効に活用することができない。
ところが上記T i F @ 1 ++ a Nt d
の一部を前記金属A及びBで置換したり或いはA及びB
を追加すると、水素による活性化が極めて容易となり、
しかもヒステリVXt−大幅に減少させることが分かつ
九、即ち本発明の水素吸蔵用合金は、TI。
1・及びMlよ抄なる三元系合金′に前記金11A及び
Bを置換的若しくは追加的に配合したもので、TiF・
1−xNl、A、B、の一般式で表わすことができる。
但し式中!は0.01〜0.8、yは0.01〜0.8
.1冨0゜01〜0.2、a≦0.2COを除く)であ
り、これらは1.0≦(1−x+Y+s+a  )≦1
.2の関係を満足するものとする。ζこで!又はyが0
.8を越えると吸蔵水素の放出が困難になシ、高温加熱
或いは真空加熱(又は若干の減圧加熱)の条件下でなけ
ればスムーズな放出が行なわれなくなる。i九2もしく
は楓が0.1を越えると合金の水素吸蔵量が減少し九如
水素吸蔵・放出圧曲線のプツト−域が2段状になる傾向
が現われる。i九冨もしくは烏はyより%小さいことが
好ましく、Xコ1であるときの舅もしくはaの好ましい
範囲はOJ以下(但しOは除く)の範囲である。
上記” + F * ’l t aの好適範囲から、T
IF@1−4N這4合金の一部を金属ム及びBで置換す
る場合aTIF*1−xNl、A、B、において!ff
(F十冨十暑)、y≧冨十aの関係が成立し、(1−菫
+y+l+I )g+1となる。ま九T j F @ 
t −4N S a合金に金属人及びB¥を添加する場
合は、TIF・1−8Nl 、A、B、においてX冨Y
 e F≧冨+麿の関係が成立し、冨+易≦0.2(但
しOは除く)であり、を九X工y−4−g 、 x≧1
の関係も成立し、畠≦0.2(但しOは除く)であるか
ら、これらの関係は1.0<(1−x+y+富+m)≦
1.!となる。
尚上記では全属人を置換的に加える場合と追加的に加え
る場合の典型的な例を示したが、これらの両者にまたが
る範囲で全属人を加えることも勿論可能である。
このようにT I F @ 1 + d ” d合金に
適量の金属A及びBを加えることによって合金の活性化
が極めて容易となる0例えば’r1y@、8Ni。、2
合金は水素圧20 Kv’am  、 28℃での水素
化反応時間がtooo分であるものが、TiF・0.1
1”0.1!ivO,05NbO,088合金は80分
となシ、水素化反応時間はペース合金の約〜。以下に短
縮され、活性化が極めて容易となる。しかも、r1ir
@o、gNjo、g合金では、水素吸蔵圧が150気圧
で約80気圧であるのに対し水素放出圧は約4気圧であ
シ、ヒステリシスは約26気圧もある。その為水素の吸
蔵、放出を行うに肖っては、水素吸蔵用合金又はその金
属水素化物を大きな温度差で加熱又は冷却するか、或い
は大きな圧力差で水素加圧又は減圧を行なわなければな
らず、せっかくの水素貯蔵能力中水素化反応熱も有効に
活用することができない、しかし、””0.8”0.1
6VO,05Nb0.066合金はヒステリシスが約1
0気圧とな9、ヒステリVスはベース合金の4以下に低
減する。
本発明合金の製造法は何ら制限されず公知の方法をすべ
て適用できるが、最4好ましいのはアーク溶融法である
。即ちTI、F@、Nl、金属ム及びBの各元素を秤取
して混合した後任意の形状にプレス成形し、次いでこれ
をアーク溶融炉に装入して不活性雰囲気で加熱溶融する
ことによシ春易に製造することができる。この様にして
得九チタン多元系水素吸蔵用合金は、表面積を拡大し水
素吸蔵能力を高める為に粉末状にして使用するのがよい
この様にして得九粉末状の水素吸蔵用合金は極めて@J
bFC活性化することができ、活性化後は大量の水素を
比較的低い温度及び圧力で急速に吸蔵し且つ放出する0
例えば上記合金粉末を適量な春tllK充填し、減圧下
200℃以下の温度で脱ガス処理して活性化を行なった
後、室温以上の温度で水素を対人し例えば80Kq/c
m以下の水素圧を印加することにより、数分以内でほぼ
飽和状lIまで水素を吸蔵させゐことができる。tたこ
の金属水素化物からの水素の放出は、該水素化物を室温
以上に加熱するかわずかに減圧し或いは双方を組み合わ
せて実施することにより、短時間で効率良く行なうこと
ができる。
本発明のチタン多元系水素吸蔵用合金は概略以上の様に
構成されてお夛、後述する実施例でも明らかにする如く
水素吸蔵材料として要求される諸性能を全て具備するも
のであや、特に合金の活性化が極めてWJ+であシ、水
素吸蔵・放出圧のヒステリシスは従来の水素吸蔵用合金
に比べて大幅に改螢されている。しかもこの合金は大量
の水素を密度高く吸蔵し得ると共に水素の吸蔵・放出反
応が完全に可逆的に行なわれ、吸蔵と放出を何回線り返
しても合金自体の劣化は東質的に認められず、艶には酸
素、iI素、アルゴン、脚酸ガスの様な不純ガスによる
影響が殆んどない等の諸特注を有しておシ、理想的な水
素吸蔵用材料と言うことができる。従って本来の水素貯
蔵材料としての用途はもとより、水素吸蔵・放出反応に
伴う反応熱を利用する他の用途に対しても卓越した効果
を発揮する。
次に本発明の実施例を示す。
実施例1 市販の’l”i 、p@ 、Nl及び金属A成分及びB
成分を原子数比でTIF@:Ni:A:B=1:0.8
:0.15:0.0!!5:0.025となる様に分取
し、これを高真空アーク溶融炉の銅製るつぼ内に装入し
、炉内を高純度Ar雰囲気とした後、約gooo℃で加
熱溶解し放冷してTIF・0.8”0.16゜、。2.
。、。26よシなる組成の合金を製造した。
B 尚Mmとは希土類元素混合物にF・+Mg+A#及び8
1等の不純物を少量含有する混合金属である。
得られた各合金t−120メツVユ全通に粉砕し、その
6.(lをステンレス製水素吸蔵・放出反応器に採取し
、反応器を排気装置に接続して減圧下の寵温にて脱ガス
を噌デなつ九0次いで器内に純度99.999%の水素
を導入し水素圧をg Q V3”以下に保持し、室温で
直ちに水素の吸蔵が起こった。水素の吸蔵が完了し九後
再び排気して水素の放出を行ない、活性化処理を完了し
た。その?Ik該反応器に純度99.999−の水素を
室温以上の温度、20 K9/a1以下の圧力で導入し
、水素の吸蔵を行なった0次いで行なわれる水素の放出
は、反応器の加熱或いは減圧又はこれらを組み合わせる
ことによって行なう。
上記の方法で夫々のチタン多元系水素吸蔵合金の水素化
反応時間と水素吸蔵濃度との関係を求め丸、その−例と
してT I F @ os N I o、ls V O
,026N bO,0215について活性化時の水素化
反応曲線を示したのが第1図であり、点線で示し九比較
例は、T I F @ 6. B Ni。、2の組成を
有する三元系水素吸蔵合金を用い九場合の活性化時の水
素化反応曲線である。
第1図からも明らかな様に本発明の合金は、比較例に示
し九従来の水素吸蔵用合金に比べて活性化時の水素化反
応時間が大幅に短縮され、活性化が極めて容易となる。
上記の方法で夫々のチタン多元系水素吸蔵合金の水素吸
蔵・放出に及ぼす圧力一温度の関係を求め九・その−例
として””0.8”0.15vO,026N b o、
。2B−’について圧力の対数−絶対温度の逆数で表わ
し九のが第2図であシ、上の[!Iが水素吸蔵圧、下の
直線が水素放出圧である。また点線で示した比較例は、
T I F m g、 g N I o、 2の組成を
有する三元系水素吸蔵合金を用いた場合の圧力一温度線
図である。
第2図からも明らかな様に本発明の合金は、比較例に示
した従来の水素吸蔵用合金に比べてヒステリVスが大幅
に教養されている。また本発明の合金と比較例の合金と
を比較すると水素放出圧は殆んど差がなく水素吸蔵圧の
みが低下しており、従来の合金の圧力特性から大きくず
れることがないから、金属水素化物反応装置の設計も殆
んど変更する必要がない。
また第1表は上記で得た各合金の水素吸蔵量を示したも
ので、従来の合金(T i F @ o、 8 N i
 o、2:試料−26)に比べて水素吸蔵量も多い。
実施例2 実施例1と同様の方法でTIF・。、8N1゜、1 B
A(106”0.06を製造して水素の吸蔵・放出実験
を行ない、各合金について水素化反応時間と水素吸蔵濃
度の関係を求め丸、その−例としてTIF・。、8r1
◎、1!Sv0.06NbO,06について活性化時の
水素化反応曲線を示し九のが第8図であシ、点線で示し
九比較例は、TIF・0.8”011の組成を有する三
元系水素吸蔵合金を用いた場合の活性化時の水素化反応
曲線である。
第8図からも明らかな様に本発明の合金は、比較例の従
来の水素吸蔵用合金に比べて活性化時の水素化反応が大
幅に短縮され、活性化が極めて容易となる。
又、TI”0.8”Q、15vO,05NbO,05”
−H系について圧力の対数−絶対温度の逆黴で表わした
のが第4図であシ、上の直線が水素吸蔵圧、下の直線が
水素放出圧である。11九点線で示した比較例は、Ti
F・o、s”。、2の組成を有する三元系水素吸蔵合金
を用いた場合の圧力一温度線図である。
第4図から4明らかな様に本発明の合金は、比較例の従
来合金に比べてヒステUFスが大幅に改譬されている。
また実施例1と同様本発明の合金は従来合金に比べて水
素放出圧の変化が少なく、水素吸蔵圧のみが低下してい
るので金属水素化物反応装置の設計が容易である。
また第[表は上記で得た各合金の水素吸蔵量を示したも
ので、従来の合金(’rip@、、Ni。、2:試料N
a26)に比べて水素吸蔵量も多い。
実施例8 実施例1と同様の方法で丁IF・0.8”0.1!AO
,06”0.05を製造して水素の吸蔵・放出実験を行
ない。
各合金について水素化反応時間と水素吸蔵濃度の関係を
求めた。その−例としてTiF・o、 s N t。、
2V(t。5NbO,。6について活性化時の水素化反
応曲線を示したのが第6図であり、点線で示し九比較例
は、TiF @ o、 8 N i o、 2の組成を
有する三元系水素@蔵合金を用いた場合の活性化時の水
素化反応曲線である。
第6図からも明らかな様に本発明の合金は、比較例の従
来の水素吸蔵用合金に比べて活性化時の水素化反応が大
幅に短縮され、活性化が極めて容易となる。
T I F @ o、s N I o、g V O,O
F、N b o、o s−H系について圧力の対数−絶
対温度の逆数の関係を表わし九のが第6図である。
第6因からも明らかな様に本発明の合金は、比較例の従
来合金(TIF@   Hi   )に比べ0.8  
0.2 てヒステリyスが大幅に改曽されている。を九突施例1
及び2と同様本発明の合金は従来合金に比べて水素放出
庄の貧化が少なく、水嵩q&蔵圧のみが低下しているの
で、金属水素化物反応装置の設計が智易である。
崗これらの合金の水素吸蔵量は何れもり、S〜1.7饅
でjb9、従来合金(1,4%)に比べて高いことが硼
鑓された。
【図面の簡単な説明】
@1,8.5図は本発明に係るチタン多aic系水素吸
蔵用合金と従来合金の活性化時の水素化反応時間と水素
吸蔵濃度の関係を示すグラフである。 また第2.4.6図は本発明に係るチタン多元糸水素吸
蔵用合金と従来合金の水素吸蔵・放出に及ぼす圧力一温
度の関係を示すグラフである。 出願人 工業技術院長 同   東洋紡績株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (υ一般式がT量ν・、、NI、A、ml、で示される
    ことを特徴とするチタン多元系水素**用合金〔但シ1
    式中ムはニオブ、バナVン及びv、4/コニウムからな
    1瀞かも選ばれた元素、lはアA/lニウム。 ニオブ、り四ム、:!バルト、マンガン、峨すプデン、
    パナVン、Iwコーウム及び希土類元素からtkhIl
    lIから選ばれ九元素を示し、冨寓0.(11〜OS。 ym(LO1〜Q、8 t mm0.01〜G、! e
     a≦O9!(但しOは除く)で且つ1.0≦(1−冨
    +7+M十1)≦1.1!であり、Aと3と拡常に異な
    る元素である)。 (至)特許請求の範■第1項において、xmy4−g+
    ―のと自はy≧1+1であるチタン多元系水素吸蔵用合
    金。 (8)特許請求のsin第1XJ[において、冨−yの
    ときは冨+龜≦O6!(但しOは除く)であるチタン多
    兄系水III啜蔵用合金。 (4)特許請求osisgt項において、X W j 
    十1のと自は冨≧1で且つa≦(L!(但しOは論〈)
    であるチタン多元系水素吸蔵用合金。
JP56196008A 1981-12-04 1981-12-04 チタン多元系水素吸蔵用合金 Expired JPS597772B2 (ja)

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