JP2662436B2 - 水素吸蔵用金属材料の特性改善方法 - Google Patents
水素吸蔵用金属材料の特性改善方法Info
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- JP2662436B2 JP2662436B2 JP1969289A JP1969289A JP2662436B2 JP 2662436 B2 JP2662436 B2 JP 2662436B2 JP 1969289 A JP1969289 A JP 1969289A JP 1969289 A JP1969289 A JP 1969289A JP 2662436 B2 JP2662436 B2 JP 2662436B2
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- hydrogen storage
- alloy
- heat treatment
- hydrogen
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- Powder Metallurgy (AREA)
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の特性改善のための方法に関するも
のである。
水素吸蔵用金属材料の特性改善のための方法に関するも
のである。
（従来の技術） 近年、水素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。
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LaNi5,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。
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（60気圧）、長
時間（１週間程度）を要することが知られていた。
吸わせる操作）に高温（400℃）、高圧（60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FeTiMm系
水素吸蔵用金属材料を開発した（特公昭61−047216号公
報）。Mmとは、稀土類元素を表し、La,Ce,Pr,Nd,Sm,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（ミッシュメタル）であり、前
述の混合物として合金に添加されることが多い。
水素吸蔵用金属材料を開発した（特公昭61−047216号公
報）。Mmとは、稀土類元素を表し、La,Ce,Pr,Nd,Sm,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（ミッシュメタル）であり、前
述の混合物として合金に添加されることが多い。
前記FeTiMm系水素吸蔵用金属材料は、TiをFeに対して
原子数比で0.9〜1.05、MmをFeに対して原子数比で0.015
〜0.1からなる組成である。
原子数比で0.9〜1.05、MmをFeに対して原子数比で0.015
〜0.1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10kg/cm2程度の水素
吸蔵平衡圧であるため、常温で10kg/cm2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。
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10kg/cm2程度の水素
吸蔵平衡圧であるため、常温で10kg/cm2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/cm2以上となると、法律的に種々の制約があり、
10kg/cm2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FeTiMmCo系
水素吸蔵合金を開発してきた（特公昭62−56939号公
報）。
が10kg/cm2以上となると、法律的に種々の制約があり、
10kg/cm2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FeTiMmCo系
水素吸蔵合金を開発してきた（特公昭62−56939号公
報）。
（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、上記のFeTiMmCo系水素吸蔵合金の更
なる水素吸蔵特性の向上を図り、プラトー性が水素吸蔵
用金属材料となるための特性改善方法を提供するもので
ある。
なる水素吸蔵特性の向上を図り、プラトー性が水素吸蔵
用金属材料となるための特性改善方法を提供するもので
ある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、Fe1-xTiyREMzCox（式中、x,y,zは何れも原
子数比で、0.01≦ｘ≦0.2、0.90≦ｙ≦1.05、REMは稀土
類元素で0.015≦ｚ≦0.1である。）で表される組成の合
金を、真空または不活性ガス雰囲気中で、900℃〜1100
℃で熱処理を行うことを特徴とする水素吸蔵用金属材料
の特性改善方法である。
子数比で、0.01≦ｘ≦0.2、0.90≦ｙ≦1.05、REMは稀土
類元素で0.015≦ｚ≦0.1である。）で表される組成の合
金を、真空または不活性ガス雰囲気中で、900℃〜1100
℃で熱処理を行うことを特徴とする水素吸蔵用金属材料
の特性改善方法である。
本発明の特性改善方法により、前述のFeTiREMCo系水
素吸蔵用金属材料を、更にプラトー性が優れた性能を持
つように特性を改善できる。
素吸蔵用金属材料を、更にプラトー性が優れた性能を持
つように特性を改善できる。
本発明で対象となる合金は、Fe1-xTiyREMzCox（式
中、0.01≦ｘ≦0.2、0.90≦ｙ≦1.05、REMはLa,Ce,Pr,N
d,Sm,Yなどの稀土類元素の１種または２種以上を示し0.
015≦ｚ≦0.1、ただしいずれも数字は原子数比）で表さ
れる組成を有する水素吸蔵用金属材料である。
中、0.01≦ｘ≦0.2、0.90≦ｙ≦1.05、REMはLa,Ce,Pr,N
d,Sm,Yなどの稀土類元素の１種または２種以上を示し0.
015≦ｚ≦0.1、ただしいずれも数字は原子数比）で表さ
れる組成を有する水素吸蔵用金属材料である。
本発明に用いる水素吸蔵用金属材料におけるREM含有
量、ｚの値（REM/（Fe＋Co）の原子数比）は、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、
0.015では50℃、0.012では80℃以上を必要とした。この
ため、実用化を考慮した場合には、室温近傍で活性化出
来ることが望ましいので、ｚの値は0.015以上とした。
また、ｚ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、活性化性能は向上するが、0.1を越えると、
ほとんどそれ以上の性能向上が認められないことから上
限を0.1とした。
量、ｚの値（REM/（Fe＋Co）の原子数比）は、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、
0.015では50℃、0.012では80℃以上を必要とした。この
ため、実用化を考慮した場合には、室温近傍で活性化出
来ることが望ましいので、ｚの値は0.015以上とした。
また、ｚ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、活性化性能は向上するが、0.1を越えると、
ほとんどそれ以上の性能向上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,Sm,Yなどの稀土類元素の
１種または２種以上を添加すればよく、稀土類元素単体
の１種もしくは２種以上を同時に添加しても、混合物で
あるミッシュメタル（Mm）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。
１種または２種以上を添加すればよく、稀土類元素単体
の１種もしくは２種以上を同時に添加しても、混合物で
あるミッシュメタル（Mm）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。
Coの含有量ｘは、水素解離平衡圧力を大きく変化させ
る。水素解離平衡圧力は、Co量を原子数比で0.2程度添
加することによって、添加しない場合の1/6程度に低下
させる事が出来る。常温近傍で10kg/cm2以下の水素圧で
迅速に吸蔵させるためには、合金の水素吸蔵平衡圧が10
kg/cm2以下であることが必要である。このためCo添加量
は（Fe＋Co）に対して、原子数比で0.01以上必要であ
る。実用的な温度範囲である100℃近傍で1kg/cm2を示す
Coの濃度は0.2であることから、ｘは0.2以下の範囲とし
た。
る。水素解離平衡圧力は、Co量を原子数比で0.2程度添
加することによって、添加しない場合の1/6程度に低下
させる事が出来る。常温近傍で10kg/cm2以下の水素圧で
迅速に吸蔵させるためには、合金の水素吸蔵平衡圧が10
kg/cm2以下であることが必要である。このためCo添加量
は（Fe＋Co）に対して、原子数比で0.01以上必要であ
る。実用的な温度範囲である100℃近傍で1kg/cm2を示す
Coの濃度は0.2であることから、ｘは0.2以下の範囲とし
た。
Tiの含有量、ｙの値（Ti/（Fe＋Co）の原子数比）
は、ｙの値が0.1の場合、プラトー性が比較的良いのに
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。この範囲を越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Co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。
は、ｙの値が0.1の場合、プラトー性が比較的良いのに
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。この範囲を越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Co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。
第１図は、熱処理条件を変えることで、合金のプラト
ー性がどの様に変化するかを示す。プラトー性は、以下
の式（１）で定義した。
ー性がどの様に変化するかを示す。プラトー性は、以下
の式（１）で定義した。
dln（Pd）/d（H/M） （１） Pd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は水素原子の個数、Ｍは合金原子の
個数を示す。
素吸蔵量を示し、Ｈは水素原子の個数、Ｍは合金原子の
個数を示す。
熱処理時においては、合金の雰囲気は、真空または不
活性ガスとする。これは熱処理中の合金の酸化を防止す
るためである。不活性ガスとしては、Ar,Heなどを用い
る。
活性ガスとする。これは熱処理中の合金の酸化を防止す
るためである。不活性ガスとしては、Ar,Heなどを用い
る。
真空中で熱処理時間を10時間として、熱処理温度が10
00℃の場合には、熱処理を行わない前記合金と比べ、プ
ラトー性は向上している。熱処理温度が900℃よりも低
くなると、熱処理の効果が少なくなった。
00℃の場合には、熱処理を行わない前記合金と比べ、プ
ラトー性は向上している。熱処理温度が900℃よりも低
くなると、熱処理の効果が少なくなった。
また、1000℃よりも高い温度で熱処理を行った場合、
熱処理時間は短くなるが、1100℃を超える温度で熱処理
を行っても、ほとんどそれ以上の熱処理時間の短縮が認
められなかった。このため、熱処理の温度範囲は、900
℃〜1100℃が適している。
熱処理時間は短くなるが、1100℃を超える温度で熱処理
を行っても、ほとんどそれ以上の熱処理時間の短縮が認
められなかった。このため、熱処理の温度範囲は、900
℃〜1100℃が適している。
（実 施 例） 合金溶製の原料としては、純度99.9％の電解鉄、99.7
〜99.8％のスポンジチタン、98％のREM（Ce:約50％,La:
約30％,Nd:約15％,Pr:約４％，他：約１％）、99％程度
のCoを用いた。
〜99.8％のスポンジチタン、98％のREM（Ce:約50％,La:
約30％,Nd:約15％,Pr:約４％，他：約１％）、99％程度
のCoを用いた。
原子比でFeを（１−ｘ）、Tiをｙ値として0.90〜1.0
5、REMをｚ値として、0.015〜0.1、Coをｘ値として0.1
以下となるように秤量し、水冷銅ルツボを有するアルゴ
ンアーク炉で溶解し、Fe1-xTiyREMzCoxを製造した。
5、REMをｚ値として、0.015〜0.1、Coをｘ値として0.1
以下となるように秤量し、水冷銅ルツボを有するアルゴ
ンアーク炉で溶解し、Fe1-xTiyREMzCoxを製造した。
このうち数個のボタン状溶解試料片を真空中で、800
℃〜1200℃で熱処理を行った。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、60〜150メッシュの
粒度のものを特性試験に供した。
℃〜1200℃で熱処理を行った。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、60〜150メッシュの
粒度のものを特性試験に供した。
第１表に作成したFe1-xTiyREMzCox合金の元素分析
値、及び活性化後の合金の30℃における水素圧10kg/cm2
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。
値、及び活性化後の合金の30℃における水素圧10kg/cm2
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。
また、比較例を第２表に示した。
この表に示されるように、本熱処理方法を行った合金
が、比較試料に対して、更にプラトー性がよくなってい
ることが認められる。
が、比較試料に対して、更にプラトー性がよくなってい
ることが認められる。
第２図にFe0.80Ti1.0REM0.02Co0.20の50℃における圧
力組成等温線図を示した。熱処理前の曲線（鎖線）を
ａ、熱処理後の曲線（実線）をｂとする。
力組成等温線図を示した。熱処理前の曲線（鎖線）を
ａ、熱処理後の曲線（実線）をｂとする。
熱処理条件は、真空中1000℃、10時間である。熱処理
後に、プラトー性が良くなっていることが判る。
後に、プラトー性が良くなっていることが判る。
（発明の効果） 上記のように、Fe1-xTiyREMzCox合金の特徴である活
性化操作が容易で、安価であり、水素吸蔵量が大きく、
10kg/cm2以下の水素圧で迅速に水素吸蔵が可能であるこ
とに加えて、本発明の特性改善方法を用いることによ
り、更にプラトー性が優れた水素吸蔵用金属材料となる
ため、実用性、経済性の面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。
性化操作が容易で、安価であり、水素吸蔵量が大きく、
10kg/cm2以下の水素圧で迅速に水素吸蔵が可能であるこ
とに加えて、本発明の特性改善方法を用いることによ
り、更にプラトー性が優れた水素吸蔵用金属材料となる
ため、実用性、経済性の面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。
第１図は、Fe1-xTiyREMzCox合金の熱処理条件を変えて
製造した合金のプラトー性を示すものであり、第２図
は、Fe0.80Ti1.0REM0.02Co0.20の50℃における圧力組成
等温線図である。
製造した合金のプラトー性を示すものであり、第２図
は、Fe0.80Ti1.0REM0.02Co0.20の50℃における圧力組成
等温線図である。
Claims (1)
- 【請求項１】Fe1-xTiyREMzCox（式中、x,y,zは何れも原
子数比で、0.01≦x0.2、0.90≦ｙ≦1.05、REMは稀土類
元素で0.015≦ｚ≦0.1である。）で表される組成の合金
を、真空または不活性ガス雰囲気中で、900℃〜1100℃
で熱処理を行うことを特徴とする水素吸蔵用金属材料の
特性改善方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1969289A JP2662436B2 (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 水素吸蔵用金属材料の特性改善方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1969289A JP2662436B2 (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 水素吸蔵用金属材料の特性改善方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02200724A JPH02200724A (ja) | 1990-08-09 |
| JP2662436B2 true JP2662436B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=12006305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1969289A Expired - Lifetime JP2662436B2 (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 水素吸蔵用金属材料の特性改善方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2662436B2 (ja) |
-
1989
- 1989-01-31 JP JP1969289A patent/JP2662436B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02200724A (ja) | 1990-08-09 |
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