JP2005171349A - Method of producing hydrogen storage body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素貯蔵体の製造方法に関し、特に異なる複数種類の粒子から構成される水素貯蔵体に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a hydrogen storage body, and particularly to a hydrogen storage body composed of a plurality of different types of particles.
現在、化石燃料の使用によって増大するNOx(窒素酸化物)を原因とする酸性雨や、CO2による地球温暖化が懸念されており、これらの環境破壊が深刻な問題となってきている。その中でクリーンエネルギとして水素エネルギの実用化が世界的に注目されてきている。水素は地球上に無尽蔵に存在する水の構成元素であって、種々の一次エネルギを用いて作り出すことが可能であるばかりか、副生成物が水だけであるために環境破壊の心配がなく、また電力に比べて貯蔵が比較的容易であるなど優れた特性を有している。 At present, there are concerns about acid rain caused by NOx (nitrogen oxide) that increases due to the use of fossil fuels and global warming due to CO 2 , and these environmental destructions have become serious problems. Among them, the practical application of hydrogen energy as clean energy has attracted worldwide attention. Hydrogen is an inexhaustible constituent element of water on the earth. It can be produced using various primary energies, and there is no concern about environmental destruction because the only by-product is water. In addition, it has excellent characteristics such as relatively easy storage compared to electric power.
このため、近年、これら水素の貯蔵および輸送媒体として水素吸蔵合金の研究開発および実用化検討が活発に実施されている。水素吸蔵合金とは、適当な条件で水素を吸収、放出できる合金のことである。この合金を用いることにより、従来の水素ガスボンベと比較して低い圧力でしかも高密度に水素を貯蔵することが可能となる。そして、その体積密度は液体水素あるいは固体水素とほぼ同等かそれ以上であり、かつ取扱い上の安全性も格段と優れている。
これらの水素吸蔵合金としては、LaNi5などのAB5型合金あるいはTiMn2などのAB2型合金が実用化されている。しかし、その水素吸蔵量は高々1.4mass%前後であるため、水素放出量も1.4mass%以下と不十分である。よって、より水素放出量が大きい水素吸蔵合金が求められており、近年、7.6mass%という高い水素放出量をもつMgが注目されている。
For this reason, in recent years, research and development and practical application studies of hydrogen storage alloys have been actively carried out as storage and transport media for these hydrogen. A hydrogen storage alloy is an alloy that can absorb and release hydrogen under suitable conditions. By using this alloy, it is possible to store hydrogen at a low pressure and at a high density compared to conventional hydrogen gas cylinders. The volume density is almost equal to or higher than that of liquid hydrogen or solid hydrogen, and the safety in handling is remarkably excellent.
As these hydrogen storage alloys, AB5 type alloys such as LaNi 5 or AB2 type alloys such as TiMn 2 have been put into practical use. However, since the hydrogen storage amount is at most about 1.4 mass%, the hydrogen release amount is also insufficient at 1.4 mass% or less. Therefore, a hydrogen storage alloy having a larger hydrogen release amount has been demanded, and in recent years, Mg having a high hydrogen release amount of 7.6 mass% has attracted attention.
ところで、水素吸蔵合金を水素貯蔵体として用いる場合には、水素吸放出量が大きいことのみならず、200℃以下、望ましくは室温近辺で水素の吸放出ができることが、重要な要素となる。上述したMg金属は、水素放出量は高いものの、その水素化物(MgH2)が熱力学的に安定であることから、水素の放出温度が300℃以上と高い。このような温度特性の欠点が、Mgを水素貯蔵体用として実用化する上で障害となっている。こうした現状を鑑みて、Mgの温度特性の欠点を改善するために、多くの検討がなされている。例えば、非特許文献1ではメルトスパンによって作製されたMg86Ni10Nd4(at%)合金により、150℃で約2mass%の放出量が得られることを報告している。また、非特許文献2では高圧技術を用いた方法で作製されたMg1.0Ni1.02H2.2(at%)合金が、室温から200℃までの間で2.6mass%の水素を放出することが報告されている。さらに、非特許文献3では(Mg0.5Y0.5)Ni2(at%)合金が40℃で水素を放出することが示されたが、その放出量は約1mass%と非常に小さい。
このように、非特許文献1〜3による水素吸蔵合金は、Mgの温度特性を改善する上では有効であるものの、Mgが本来有している水素放出量に比べてその水素放出量が不十分である。
By the way, when a hydrogen storage alloy is used as a hydrogen storage body, it is important not only to have a large hydrogen storage / release amount, but also to be able to absorb / release hydrogen at 200 ° C. or less, preferably near room temperature. Although the above-mentioned Mg metal has a high hydrogen release amount, its hydride (MgH 2 ) is thermodynamically stable, so the hydrogen release temperature is as high as 300 ° C. or higher. Such a defect in temperature characteristics is an obstacle to the practical use of Mg for hydrogen storage. In view of such a current situation, many studies have been made to improve the defect of the temperature characteristic of Mg. For example, Non-Patent
Thus, although the hydrogen storage alloys according to
一方で、Mgからなる第1粒子の周囲にNi、Cr、LaNi5、TiFe、Ti、C、BN、Pdなどの第2粒子を被着して複合化する研究が行われており、水素吸放出の低温化等で一定の成果を上げている。しかし、第2粒子の原子量が大きい場合には、単位重量当りの水素吸蔵量を下げるという負の効果もあるため、第2粒子の使用は可能な限り少量に抑える必要がある。しかし、第2粒子の量が少ない場合に第2粒子が均一に分散した状態で第1粒子と被着させる有効な手法が見出されていない。 On the other hand, studies have been conducted to deposit and complex second particles such as Ni, Cr, LaNi 5 , TiFe, Ti, C, BN, and Pd around the first particles made of Mg. Some results have been achieved by lowering the release temperature. However, when the atomic weight of the second particles is large, there is also a negative effect of reducing the hydrogen storage amount per unit weight. Therefore, it is necessary to suppress the use of the second particles as little as possible. However, no effective method has been found for depositing the first particles with the second particles uniformly dispersed when the amount of the second particles is small.
そこで本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、第2粒子を被着する際に、第2粒子の量が少ない場合であっても、良好な被着状態を得ることのできる水素貯蔵体の製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention has been made based on such a technical problem, and when the second particles are deposited, even when the amount of the second particles is small, a good deposition state can be obtained. It is an object of the present invention to provide a method for producing a hydrogen storage body that can be used.
本発明は、水素の吸蔵及び放出を担う第1粒子と、第1粒子と結合された第2粒子とを含む水素貯蔵体の製造方法であって、第1粒子と第2粒子との混合物を得る混合工程と、混合物を、剛体によって形成された所定の間隙を通過させる処理を複数回繰返す結合工程と、を備えることを特徴とする水素貯蔵体の製造方法によって前記課題を解決することができる。
本発明によって得られる水素貯蔵体はいくつかの形態を包含する。その一つとして、第1粒子の周囲を第2粒子が被覆する形態がある。この形態の場合、第2粒子は第1粒子よりも小径である必要があり、具体的には第2粒子の粒径は第1粒子の粒径の1/50以下であることが望ましい。
The present invention relates to a method for producing a hydrogen storage body including first particles responsible for occlusion and release of hydrogen and second particles combined with the first particles, wherein a mixture of the first particles and the second particles is obtained. The above-mentioned problem can be solved by a method for producing a hydrogen storage body, comprising: a mixing step to be obtained; and a joining step in which a process of passing the mixture through a predetermined gap formed by a rigid body is repeated a plurality of times. .
The hydrogen reservoir obtained by the present invention includes several forms. One of them is a form in which the second particles cover the first particles. In the case of this form, the second particles need to have a smaller diameter than the first particles, and specifically, the particle size of the second particles is desirably 1/50 or less of the particle size of the first particles.
本発明は、結合工程により得られた処理物に対して機械的エネルギを付与することにより、処理物が結合された集合体を得るエネルギ付与工程を備えることができる。この機械的エネルギの付与によって、処理物を構成する第1粒子の結晶を配向することができる。この機械的エネルギの付与は、メディアの衝突によって実現される。第1粒子が延性に富む材料、典型的にはMg又はMg合金から構成されている場合には、機械的エネルギの付与により第1粒子が展延され、かつ第1粒子同士が結合されて扁平状の集合体を形成する。この集合体をそのまま水素貯蔵体として用いることができるが、集合体を砕いたものを水素貯蔵体とすることもできる。
本発明では結晶の配向を先行して行うこともできる。つまり本発明は、所定の粒子に機械的エネルギを付与することにより、第1粒子同士が結合された集合体を作製し、この集合体を粉砕して得られた粒子を第1粒子として第2粒子との混合物を得ることを許容する。
The present invention can include an energy application step of obtaining an aggregate in which the processed objects are combined by applying mechanical energy to the processed products obtained by the combining step. By applying this mechanical energy, the crystals of the first particles constituting the processed product can be oriented. This mechanical energy application is realized by the collision of the media. When the first particles are made of a material having high ductility, typically Mg or Mg alloy, the first particles are spread by applying mechanical energy, and the first particles are bonded to each other to be flat. To form an aggregate. This aggregate can be used as it is as a hydrogen storage body, but a crushed aggregate can also be used as a hydrogen storage body.
In the present invention, crystal orientation can be performed in advance. That is, according to the present invention, mechanical energy is applied to predetermined particles to produce an aggregate in which the first particles are bonded to each other, and the particles obtained by pulverizing the aggregate are used as the first particles. Allow to obtain a mixture with the particles.
本発明において、第1粒子、第2粒子を構成する金属は特に限定されないが、第1粒子としてはMg又はMg合金、第2粒子としては水素急増合金として知られるTi−Cr系合金を用いることが望ましい。 In the present invention, the metal constituting the first particle and the second particle is not particularly limited, but Mg or Mg alloy is used as the first particle, and a Ti—Cr alloy known as a hydrogen rapidly increasing alloy is used as the second particle. Is desirable.
Mg(稠密六方晶構造)は、水素とイオン結合して安定な水素化物相(ルチル型正方晶構造 β−MgH2)を生成する。このときの水素化物生成エンタルピーは、−74.6kJ/mol H2であり、脱水素化反応が進行する温度は300℃以上とされていた。また、遷移金属が持っているような水素分子を水素原子に解離させる触媒作用が極めて弱いことが、MgH2の水素放出速度が遅い要因の一つと言われている。
ところが本発明者等は、所定の機械的なエネルギを加えられたMgが300℃以下の温度で水素放出を行うことを確認した。これは、300℃以下での水素放出が特殊な製造方法で得られた所定組成のMg合金でなければ実現できなかったことと対比すると、極めて意義が大きい。本発明者等が確認した事項は、MgのみならずMg合金(両者を含めてMg金属ということがある)に普遍的に適用することができ、しかもMg金属の特徴である高い水素吸蔵量という特徴を有効に活用できるからである。
Mg (dense hexagonal crystal structure) ionically bonds with hydrogen to generate a stable hydride phase (rutile tetragonal crystal structure β-MgH 2 ). The hydride generation enthalpy at this time was −74.6 kJ / mol H 2 , and the temperature at which the dehydrogenation reaction proceeds was 300 ° C. or higher. Further, it is said that one of the factors that slows the hydrogen release rate of MgH 2 is that the catalytic action of dissociating hydrogen molecules such as those possessed by transition metals into hydrogen atoms is extremely weak.
However, the present inventors have confirmed that Mg to which predetermined mechanical energy is applied releases hydrogen at a temperature of 300 ° C. or lower. This is extremely significant when compared with the fact that hydrogen release at 300 ° C. or lower can be realized only by a Mg alloy having a predetermined composition obtained by a special manufacturing method. The matters confirmed by the present inventors can be applied universally not only to Mg but also to Mg alloys (sometimes referred to as Mg metal), and the high hydrogen storage capacity that is characteristic of Mg metal. This is because the features can be used effectively.
本発明者等は、所定の機械的な衝撃を受けたMg金属の結晶が配向、具体的にはc軸方向に配向されていることを知見した。具体的な理由は不明であるが、このように配向されていることが、300℃以下におけるMg金属の水素放出を可能にしている原因と解される。また、その結晶配向されているMg金属は、水素放出速度が向上する等の他の効果を奏することができた。 The present inventors have found that Mg metal crystals subjected to a predetermined mechanical impact are oriented, specifically, oriented in the c-axis direction. Although the specific reason is unknown, it is understood that the orientation as described above is the cause of hydrogen release of Mg metal at 300 ° C. or lower. Further, the Mg metal in the crystal orientation could exhibit other effects such as an improvement in the hydrogen release rate.
本発明は以上の知見に基づく2つの製造方法を提供する。その1つは、水素の吸蔵および放出が可能な水素貯蔵体の製造方法であって、水素の吸蔵及び放出を担うMg金属粒子の周囲にTi−Cr系合金粒子を被着させた被着処理物を得る工程と、被着処理物におけるMg金属粒子に対して配向処理を行う工程と、を含むことを特徴としている。また、他の1つは、水素の吸蔵および放出が可能な水素貯蔵体の製造方法であって、水素の吸蔵及び放出を担うMg金属粒子に対して配向処理を行って配向処理物を得る工程と、配向処理物の周囲にTi−Cr系合金粒子を被着させる被着処理工程と、を備えることを特徴としている。以上の2つの製造方法において、剛体によって形成された所定の間隙を通過させる処理を複数回繰返すことによって、Mg金属粒子又は配向処理物の周囲にTi−Cr系合金粒子を被着させることが望ましい。 The present invention provides two production methods based on the above findings. One of them is a method for producing a hydrogen storage body capable of occluding and releasing hydrogen, in which Ti-Cr alloy particles are deposited around Mg metal particles responsible for occluding and releasing hydrogen. And a step of performing an orientation treatment on the Mg metal particles in the adherend to be treated. The other one is a method for producing a hydrogen storage body capable of occluding and releasing hydrogen, and a step of obtaining an alignment treatment product by performing an alignment process on Mg metal particles responsible for the storage and release of hydrogen. And a deposition process step of depositing Ti—Cr-based alloy particles around the alignment processed product. In the above two manufacturing methods, it is desirable to deposit Ti—Cr-based alloy particles around the Mg metal particles or the alignment treatment product by repeating a process of passing through a predetermined gap formed by a rigid body a plurality of times. .
本発明によれば、第1粒子と第2粒子との混合物を、剛体によって形成された所定の間隙を通過させる処理を複数回繰返すため、第2粒子の量が少なくても第1粒子の表面に第2粒子を均一に分散させて被着することができる。 According to the present invention, since the process of passing the mixture of the first particles and the second particles through the predetermined gap formed by the rigid body is repeated a plurality of times, even if the amount of the second particles is small, the surface of the first particles The second particles can be uniformly dispersed and deposited.
本発明による水素貯蔵体は、水素の吸蔵及び放出を担う第1粒子と、第1粒子とメカノケミカルに結合された第2粒子とを含む水素貯蔵体である。
<第1粒子…Mg>
第1粒子は、Mg又はMg合金から構成することができる。
Mgは純金属としてのMgを意図するが、工業的生産により不可避的に混入される不純物の存在を許容する。Mgは、前述のように、7mass%以上の水素吸蔵・放出量を誇るが、300℃以上の温度でなければ水素を放出することができない問題があった。ところが、本発明によれば、300℃以下の温度でのMgからの水素放出を可能にした。
Mg合金としては、公知のものを広く包含する。例えば、Mg−RE系合金(RE:希土類元素)、Mg−Ni系合金、Mg−Ni−RE系合金等を採用することができる。具体的には、Mg2Ni合金、La−Mg−Nix(x=3〜3.5)合金、La2MgNi9合金、LaMgNi合金、LaMgNi14合金等である。これらの合金に本発明を適用することにより、各々の合金の水素放出温度を低下させるという本発明による効果を享受することができる。
The hydrogen storage body according to the present invention is a hydrogen storage body including first particles responsible for occlusion and release of hydrogen and second particles bonded to the first particles and mechanochemically.
<First particle: Mg>
The first particles can be composed of Mg or Mg alloy.
Mg intends Mg as a pure metal, but allows the presence of impurities inevitably mixed by industrial production. As described above, Mg has a hydrogen storage / release amount of 7 mass% or more, but there is a problem that hydrogen cannot be released unless the temperature is 300 ° C. or more. However, according to the present invention, hydrogen can be released from Mg at a temperature of 300 ° C. or lower.
Mg alloys widely include known ones. For example, an Mg—RE alloy (RE: rare earth element), an Mg—Ni alloy, an Mg—Ni—RE alloy, or the like can be employed. Specifically, there are Mg 2 Ni alloy, La—Mg—Nix (x = 3 to 3.5) alloy, La 2 MgNi 9 alloy, LaMgNi alloy, LaMgNi 14 alloy and the like. By applying the present invention to these alloys, it is possible to enjoy the effect of the present invention that lowers the hydrogen release temperature of each alloy.
<第1粒子…Ti−Cr>
第1粒子としては、以上のMg又はMg合金以外に、Ti−Cr系合金を用いることができる。Ti−Cr系合金によれば、CrとTiのモル比(Cr/Ti)を適宜設定することによって、Ti−Cr系合金のプラトー圧(放出のプラトー圧)を任意の値に設定することができるという利点もある。
Ti−Cr系合金において、CrとTiのモル比(Cr/Ti)は0.3〜4.0とすることが望ましい。CrとTiのモル比が0.3未満となると水素は吸蔵されるが水素の放出が困難となる。一方、CrとTiのモル比が4.0を超えると水素を吸蔵しなくなるため好ましくない。望ましいCrとTiのモル比は0.5〜3.0、さらに望ましいCrとTiのモル比は0.8〜2.5である。
<First particle ... Ti-Cr>
As the first particles, in addition to the above Mg or Mg alloy, a Ti—Cr alloy can be used. According to the Ti—Cr alloy, the plateau pressure (release plateau pressure) of the Ti—Cr alloy can be set to an arbitrary value by appropriately setting the molar ratio of Cr to Ti (Cr / Ti). There is also an advantage of being able to do it.
In the Ti—Cr alloy, the molar ratio of Cr to Ti (Cr / Ti) is preferably 0.3 to 4.0. When the molar ratio of Cr and Ti is less than 0.3, hydrogen is occluded but it is difficult to release hydrogen. On the other hand, when the molar ratio of Cr and Ti exceeds 4.0, hydrogen is not occluded, which is not preferable. A desirable molar ratio of Cr and Ti is 0.5 to 3.0, and a more desirable molar ratio of Cr and Ti is 0.8 to 2.5.
ここで、Ti−Crの2元系の場合、Cr/Ti>1.5となると、後述する急冷処理を行ってもbcc主相とはなりにくい。よって、特にCr/Ti>1.5となる場合には、TiとCrの合計量を10〜99at%とし、Ru、V、Mo及びWのうち少なくともいずれかの元素を含有させることが望ましい。
RuはTi−Cr系合金に微量に含有させるだけで高いbcc相形成能を有し、有害なC14型、C15型等のラーベス相をほとんど含まないbcc単相合金を得ることができる。RuをTi−Cr系合金に含有させる場合における望ましい含有量は0.5〜10at%、さらに望ましい含有量は0.5〜8at%、より望ましい含有量は0.5〜5at%である。
一方、V、Mo、Wの少なくともいずれかをTi−Cr系合金に含有させることで、bccを主相とし、かつ合金コストと単位重量当りの水素吸蔵量においてバランスのとれた高い実用性を有するTi−Cr系合金を得ることができる。
Here, in the case of a Ti—Cr binary system, when Cr / Ti> 1.5, it is difficult to become a bcc main phase even if a quenching process described later is performed. Therefore, particularly when Cr / Ti> 1.5, it is desirable that the total amount of Ti and Cr is 10 to 99 at% and at least one of Ru, V, Mo, and W is contained.
Ru can be obtained just have high bcc phase forming ability, deleterious C 14 type, contains almost no Laves phase C 15 type, etc. bcc single phase alloy is contained in a trace amount in the Ti-Cr-based alloy. When Ru is contained in the Ti—Cr alloy, a desirable content is 0.5 to 10 at%, a further desirable content is 0.5 to 8 at%, and a more desirable content is 0.5 to 5 at%.
On the other hand, by including at least one of V, Mo, and W in the Ti—Cr alloy, bcc is the main phase, and the alloy cost and the hydrogen storage amount per unit weight are balanced and have high practicality. A Ti—Cr alloy can be obtained.
VをTi−Cr系合金に含有させる場合における望ましい含有量は3〜90at%、さらに望ましい含有量は3〜50at%、より望ましい含有量は3〜40at%である。
MoをTi−Cr系合金に含有させる場合における望ましい含有量は1〜25at%、さらに望ましい含有量は2〜15at%、より望ましい含有量は2〜10at%である。
WをTi−Cr系合金に含有させる場合における望ましい含有量は1〜20at%、さらに望ましい含有量は1〜15at%、より望ましい含有量は1〜10at%である。
なお、Cr/Ti≦1.5の場合でもRu、V、Mo、W等の添加はbcc相安定化のために好ましい。
When V is contained in the Ti—Cr alloy, a desirable content is 3 to 90 at%, a more desirable content is 3 to 50 at%, and a more desirable content is 3 to 40 at%.
When Mo is contained in the Ti—Cr alloy, a desirable content is 1 to 25 at%, a further desirable content is 2 to 15 at%, and a more desirable content is 2 to 10 at%.
When W is contained in the Ti—Cr alloy, a desirable content is 1 to 20 at%, a further desirable content is 1 to 15 at%, and a more desirable content is 1 to 10 at%.
Even when Cr / Ti ≦ 1.5, addition of Ru, V, Mo, W or the like is preferable for bcc phase stabilization.
以上の組成を採用することで、Ti−Cr系合金を、bcc相を主相とするものとすることができる。Ti−Cr系合金がbcc相を主相とするか否かはX線回折により判断することができる。回折線の積分強度による以下の式(1)による割合(%)が50%以上のものをbcc相が主相の合金とみなす。
bcc(110)/[bcc(110)+{C14Laves(201)+C15Laves(311)}×2]
・・・式(1)
なお、以上のTi−Cr合金において、bcc相のほかに存在し得る相は、ラーべス相である。
以上では第1粒子を構成する望ましい金属としてMg、Mg合金、Ti−Cr系合金について述べたが、本発明はこれに限定されず、V、V合金等の他の金属を用いることを許容する。
なお、第1粒子としては、上述のMg、Mg金属、Ti−Cr合金の他に、アルカリ金属系水素化物(例えば、NaAlH4やその一部置換体、LiBH4やその一部置換体)、リチウム化合物(例えば、Li3Nやその一部置換体)を用いることができる。
By adopting the above composition, it is possible to make the Ti—Cr alloy have the bcc phase as the main phase. Whether or not the Ti—Cr alloy has the bcc phase as the main phase can be determined by X-ray diffraction. When the ratio (%) according to the following equation (1) based on the integrated intensity of the diffraction line is 50% or more, the bcc phase is regarded as the main phase alloy.
bcc (110) / [bcc (110) + {C14Laves (201) + C15Laves (311)} × 2]
... Formula (1)
In the above Ti—Cr alloy, the phase that can exist in addition to the bcc phase is the Laves phase.
In the above, Mg, Mg alloy, and Ti—Cr alloy are described as desirable metals constituting the first particles. However, the present invention is not limited to this, and it is allowed to use other metals such as V and V alloys. .
As the first particles, in addition to the above-mentioned Mg, Mg metal, Ti—Cr alloy, alkali metal hydride (for example, NaAlH 4 or a partially substituted product thereof, LiBH 4 or a partially substituted product thereof), A lithium compound (for example, Li 3 N or a partially substituted product thereof) can be used.
<第2粒子>
本発明における第2粒子は、Ni、V、V合金、LaNi5合金、Ti−Cr系合金、Ti−Fe系合金、Pd、Pt、C(グラファイト、カーボンナノチューブ等の炭素材料)、BNのグループから選ばれた1種又は2種以上から構成することができる。この中では、Ti−Cr系合金が最も望ましい。Ti−Cr系合金としては、第1粒子について説明した合金を用いることができる。また、上述したNaAlH4やその一部置換体、LiBH4やその一部置換体、Li3Nやその一部置換体に対する第2粒子としては、Ni、Fe、Co、Ti、Pd等の金属微粒子や、TiCl3、TiCl4を触媒として用いることができる。
<Second particle>
The second particles in the present invention are Ni, V, V alloy, LaNi 5 alloy, Ti—Cr alloy, Ti—Fe alloy, Pd, Pt, C (carbon material such as graphite and carbon nanotube), BN group. It can comprise from 1 type, or 2 or more types chosen from. Of these, Ti—Cr alloys are most desirable. As the Ti—Cr alloy, the alloy described for the first particles can be used. In addition, as the second particles for the above-described NaAlH 4 and partially substituted products thereof, LiBH 4 and partially substituted products thereof, and Li 3 N and partially substituted products thereof, metals such as Ni, Fe, Co, Ti, and Pd are used. Fine particles, TiCl 3 , and TiCl 4 can be used as a catalyst.
<MCBについて>
本発明の水素貯蔵体の製造方法は、第1粒子と第2粒子とを含む混合物を、剛体によって形成された所定の間隙を強制的に通過させる処理を複数回繰返す点にある。この処理により、少なくとも第1粒子と第2粒子とがメカノケミカル的な作用により結合する。このとき、第1粒子同士又は第2粒子同士がメカノケミカル的な作用により結合することも当然あり得る。本願明細書において、この処理をメカノケミカルボンディング(MCBということがある)と呼ぶことがある。
<About MCB>
The manufacturing method of the hydrogen storage body of this invention exists in the point which repeats the process which makes the mixture containing a 1st particle and a 2nd particle forcibly pass through the predetermined | prescribed clearance gap formed with the rigid body several times. By this treatment, at least the first particles and the second particles are bonded by mechanochemical action. At this time, the first particles or the second particles may naturally be bonded by a mechanochemical action. In the present specification, this process is sometimes referred to as mechanochemical bonding (sometimes referred to as MCB).
図1はMCBを行うことのできる処理装置1の基本構成示す図である(非特許文献4)。図1に示すように、処理装置1は、高速で回転する回転ケーシング2と、回転ケーシング2の内壁2aに対して所定の間隔を隔てて固定されるチップ3とを備えている。回転ケーシング2及びチップ3はともに剛体とみなしうる部材である。被処理物P(本発明においては第1粒子及び第2粒子の混合物)は、回転ケーシング2の回転に伴う遠心力によってその内壁2aに圧密されながら、回転ケーシング2の内壁2aとチップ3との間の間隙を通過する。この通過の際に、被処理物Pは強い圧縮と摩擦作用を受ける。被処理物Pが金属粒子である場合には、圧縮と摩擦作用を受けることにより、金属粒子同士がメカノケミカル的な作用で結合する。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a
MCBを行うことのできる装置として、特開平5−317679号公報(特許文献1)に開示された装置を用いることができる。この装置の主要構成を図2に示している。この装置は、チップ3に、回転ケーシング2との隙間が回転ケーシング2の回転方向側ほど狭くなるように形成した傾斜面を持たせ、また、レーキ4を、回転ケーシング2との隙間が回転ケーシング2の回転方向側ほど広くなり、かつ、その作用面が次第に幅広となるような楔状又は櫛歯状に形成し、回転ケーシング2とチップ3及びレーキ4とを相対させて、チップ3による圧縮・剪断と、レーキ4による撹拌混合が回転ケーシング2の内壁2aに押付けられた被処理物Pに対して行われるように構成してある。要するに、回転ケーシング2を高速駆動回転させて、被処理物Pを内壁2aに遠心力で押付け、その押付けで形成した被処理物Pからなる層に、回転ケーシング2に対して相対回転するチップ3とレーキ4を作用させ、被処理物Pをチップ3で圧縮・剪断するとともにレーキ4で撹拌混合できるように構成してある。
As an apparatus capable of performing MCB, an apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-317679 (Patent Document 1) can be used. The main configuration of this apparatus is shown in FIG. In this apparatus, the
<方法の区分>
本発明の水素貯蔵体の製造方法は、MCBを複数回繰返すことによって得られた処理物をそのまま水素貯蔵体として使用することができる。これを以下、第1の方法と呼ぶことにする。さらに他の処理を施すこともできる。他の処理としては、MCBで得られた処理物に対して例えばボールミルを用いて行う配向処理が有効である。これを第2の方法と呼ぶことにする。また、本発明は配向処理が施された粒子を第1粒子として用いることができる。これを第3の方法と呼ぶことにする。以下、第1の方法〜第3の方法を順に説明する。
<Method category>
In the method for producing a hydrogen storage body of the present invention, a processed product obtained by repeating MCB a plurality of times can be used as it is as a hydrogen storage body. Hereinafter, this is referred to as a first method. Furthermore, other processing can be performed. As another treatment, for example, an alignment treatment performed using a ball mill is effective for a treatment obtained by MCB. This is called the second method. In the present invention, particles that have been subjected to orientation treatment can be used as the first particles. This is called the third method. Hereinafter, the first method to the third method will be described in order.
<第1の方法>
MCBを複数回繰返すことによって得られた処理物をそのまま水素貯蔵体として使用する第1の方法は、第1粒子の周囲に第2粒子が被覆された形態の水素貯蔵体を得る場合に適用することができる。この場合、第2粒子は第1粒子よりも小径であることが必要であり、具体的には第2粒子の粒径は第1粒子の粒径の1/50以下、例えば1/100であることが望ましい。第1粒子の粒径が1〜15μm程度ある場合に、第2粒子を10〜100nmの粒径とすればよい。
図3は、第1粒子5と第2粒子6の混合物をMCBによる処理を施すことにより、第1粒子5の周囲に第2粒子6が被覆される様子を示している。第2粒子6は図3に示すように、第1粒子5の周囲全面を被覆してもよいし、部分的な被覆に留まってもよい。ここで、第2粒子6が微細であればあるほど凝集しやすいが、MCBを行う過程で凝集が解かれ第2粒子6は分散する。第2粒子6の混合量を制御することにより、第1粒子5に対する被覆の程度を制御することができる。MCBを用いれば、第2粒子6の量を少なくしつつ第1粒子5への被覆の均一性を確保することができる。
なお、本発明において、第1粒子5と第2粒子6との粒径が同等である場合を排除するものではない。また、本発明において、第3の粒子、第4の粒子…を含むことを許容する。
<First method>
The first method in which the processed product obtained by repeating MCB a plurality of times is used as a hydrogen storage as it is, is applied to obtain a hydrogen storage in a form in which the second particles are coated around the first particles. be able to. In this case, the second particle needs to have a smaller diameter than the first particle, and specifically, the particle size of the second particle is 1/50 or less, for example, 1/100 of the particle size of the first particle. It is desirable. When the particle size of the first particles is about 1 to 15 μm, the second particles may have a particle size of 10 to 100 nm.
FIG. 3 shows a state in which the
In the present invention, the case where the particle diameters of the
<第2の方法>
第2の方法は、前述したように、第1の方法によって得られた処理物に対して配向処理を行うものである。この配向処理は、前記処理物に対して機械的エネルギを付与することにより実行される。機械的な衝撃は、例えばボールミルを用いて与えることができる。通常、ボールミルは粉末を粉砕するために用いるものであるが、本発明では粉砕を第一義的な目的としない。第1粒子5が比較的延性に富むMg金属から構成される場合、ボールミルで処理したとしても、粉砕に優先して粒子が展延される。そのために、ボールミルによる処理、つまり機械的な衝撃が付与された粒子は、集合体を形成する。
図4は第2の方法の手順を模式的に示した図である。なお、以下では第1粒子5としてMg粒子7を、また第2粒子6としてTi−Cr系合金粒子8を用いたものとして説明する。図4(a)に示すように、Mg粒子7とTi−Cr系合金粒子8を混合し、Mg粒子7とTi−Cr系合金粒子8とを含む混合粉末を得る。混合粉末の段階では、微細なTi−Cr系合金粒子8は凝集しやすい。この混合粉末に対してMCB処理を施すと、Mg粒子7の周囲にTi−Cr系合金粒子8が結合する。このときMg粒子7同士、又はTi−Cr系合金粒子8同士も結合することがある。この結合はメカノケミカル的な作用によるものである。
<Second method>
In the second method, as described above, the alignment treatment is performed on the processed product obtained by the first method. This alignment process is performed by applying mechanical energy to the processed object. The mechanical impact can be applied using, for example, a ball mill. Usually, a ball mill is used for pulverizing powder, but in the present invention, pulverization is not the primary purpose. When the
FIG. 4 is a diagram schematically showing the procedure of the second method. In the following description, it is assumed that
MCB処理が施されたMg粒子7とTi−Cr系合金粒子8からなる処理物は、次いで機械的エネルギが付与される。機械的エネルギの付与はボールミルによって行うことができる。機械的エネルギの付与が行われた処理物は、比較的延性に富むためMg粒子7は展延され、かつこのMg粒子7同士が結合されて図4(c)にその断面を模式的に示すように扁平状の集合体9を形成する。Ti−Cr系合金粒子8は集合体9の内部(Mg粒子7の粒子間)に存在し、所定の結合状態を形成する。なお、Ti−Cr系合金粒子8の一部は集合体9の表面部に存在して外部に突出している。
図4(d)は、図4(c)に示した集合体9を粉砕して得られた粒子の断面を模式的に示している。集合体9は混合及び機械的エネルギの付与を経て得られているため、図4(d)に示すように粉砕後の粒子においてもMg粒子7及びTi−Cr系合金粒子8が所定の結合状態を有している。粉砕された粒子は、水素貯蔵体10として用いることができる。
The processed material composed of the
FIG. 4D schematically shows a cross section of particles obtained by pulverizing the aggregate 9 shown in FIG. Since the aggregate 9 is obtained through mixing and application of mechanical energy, as shown in FIG. 4D, the
ボールミルにより機械的エネルギを付与することにより、第1粒子5の結晶をc軸方向に配向させることができる。c軸方向への配向の度合いは、ボールミルによる処理の時間が長くなるにつれて高くなる。一方で、c軸方向への配向の度合いが高いほど水素放出温度を低下させる等の本発明の効果は顕著となる。したがって、生産性を考慮した範囲で機械的なエネルギ付与の時間はできるだけ長くする必要がある。ボールミルはこの配向を実現するための一手段であって、本発明を限定する要素ではない。c軸方向への配向が機械的なエネルギ付与に起因するものであるところ、ボールミル以外の混合機、粉砕機を用いることができる。また、圧延その他の機械的エネルギを付与し得る手段を採用することもできることは言うでもない。また、粒子の結晶がc軸方向に配向されているか否かはTEM(Transmission Electron Microscope:透過型電子顕微鏡)を用いた電子線回折像により判断することができる。つまり、c軸方向からの電子線回折像を示す結晶粒子の割合が50%以上を占めていれば本発明の配向に該当する。c軸方向からの電子線回折像を示す結晶粒子の割合は、60%以上、さらには75%以上を占めていることが望ましい。
By applying mechanical energy with a ball mill, the crystals of the
ボールミルによる処理が施されると集合体9を形成するが、十分な配向を得るに足る時間だけボールミルによる処理を施すと、集合体9は成長し3mm程度の長さを有する板状体となる。この程度の寸法を有していると、水素吸蔵・放出がその表面近傍でしか生じないため、体積に対する水素吸蔵・放出量は劣ってしまう。したがって、この集合体9を粉砕して用いることが望ましい。集合体9を粉砕するためには大きな機械的衝撃を伴う必要はない。集合体9に軽微な打撃を加えるだけで集合体9形成前に存在していた粒子(MCB処理物)同士の結合を解くことができる。また、乳鉢内に収容した集合体9を乳棒で擦ることによっても結合を解くことができる。他には集合体9を切削することにより配向された新たな粒子を生成することもできる。以上のようにして得られる水素貯蔵体10は、300μm以下、望ましくは150μm以下、さらに望ましくは100μm以下の長さ、厚さを有している。
When the treatment with the ball mill is performed, the aggregate 9 is formed. However, when the treatment with the ball mill is performed for a time sufficient to obtain sufficient orientation, the aggregate 9 grows into a plate-like body having a length of about 3 mm. . With such a size, hydrogen storage / release occurs only in the vicinity of the surface, so the amount of hydrogen storage / release with respect to the volume is inferior. Therefore, it is desirable to pulverize and use this aggregate 9. In order to pulverize the assembly 9, it is not necessary to involve a large mechanical impact. By simply applying a slight blow to the aggregate 9, the bonds between the particles (MCB processed products) that existed before the formation of the aggregate 9 can be released. The bond can also be released by rubbing the assembly 9 accommodated in the mortar with a pestle. Otherwise, new particles can be generated by cutting the aggregate 9. The
以上のようにして得られる水素貯蔵体10において、水素を吸放出可能なTi−Cr系合金粒子8が、Mg粒子7に対して機械的エネルギを付与し、Mg粒子7の水素放出温度を低下させるという機能を担うことができる。こうした機能を担わせるために、Ti−Cr系合金粒子8としては、水素化されていない状態で体心立方型結晶構造(以後「bcc相」あるいは「bcc」と呼称する)を主相とするものを用いることが望ましい。
bcc相を主相とするTi−Cr系合金(以下、bcc相を主相とするTi−Cr系合金を単に「Ti−Cr系合金」という)は、水素原子の移動にともなう一方向(具体的にはc軸方向)の格子の伸縮が大きく、所定の結合状態にある水素貯蔵体10において、水素を吸放出する際に、Mg粒子7に対して機械的エネルギを付与することができる。また、Mgほどではないにしても、bcc相を主相とするTi−Cr系合金は、単体で3.5mass%以上の水素吸蔵量を示す。よって、bcc相を主相とするTi−Cr系合金を用いることで、水素貯蔵体10全体としての水素吸蔵量を増加させることができる。
In the
A Ti—Cr alloy having a bcc phase as a main phase (hereinafter, a Ti—Cr alloy having a bcc phase as a main phase is simply referred to as “Ti—Cr alloy”) is unidirectional (specifically) with movement of hydrogen atoms. Specifically, the expansion and contraction of the lattice in the c-axis direction is large, and mechanical energy can be imparted to the
ここで、「水素原子の移動」の一形態として、水素原子が水素貯蔵体10内部に侵入すること、水素貯蔵体10内部に侵入した水素原子が水素貯蔵体10外部へ放出されること、の両者を含む。具体的には、水素原子がMg粒子7又はTi−Cr系合金粒子8の内部に吸蔵されること、水素原子がMg粒子7又はTi−Cr系合金粒子8の内部を透過(通過)すること、Mg粒子7又はTi−Cr系合金粒子8の内部から水素貯蔵体10の外部へ向けて水素原子が放出されること、が挙げられる。
Here, as one form of “movement of hydrogen atoms”, hydrogen atoms penetrate into the
次に、Ti−Cr系合金粒子8がMg粒子7に対して応力を付与することができるメカニズムについて図5を用いて説明する。詳しくは後述するが、Mg粒子7とTi−Cr系合金粒子8は機械的エネルギが付与されることで結合されている。この結合状態は比較的強固であり、複合体内においてMg粒子7とTi−Cr系合金粒子8はその動きが拘束されている。
図5に示すように、Ti−Cr系合金粒子8内に水素原子が吸蔵されると、Ti−Cr系合金粒子8の体積が膨脹する。ここで、上述したようにbcc相を主相とするTi−Cr系合金粒子8は、水素原子の移動にともなうc軸方向の格子の伸縮が大きく、Ti−Cr系合金粒子8内に水素原子が吸蔵されると、Ti−Cr系合金粒子8の体積がc軸方向に膨脹する。ところが、Ti−Cr系合金粒子8はMg粒子7と機械的エネルギにより強固に結合され、その動きが拘束されている。このため、Ti−Cr系合金粒子8の体積膨脹に伴い、Ti−Cr系合金粒子8の周囲に位置するMg粒子7には応力が付与される。具体的には、Ti−Cr系合金粒子8とMg粒子7との結合面(接合面)と、Ti−Cr系合金粒子8のc軸とが平行である場合にはTi−Cr系合金粒子8が水平方向に体積膨脹するためMg粒子7には引張応力が付与される。一方、前述の結合面とTi−Cr系合金粒子8のc軸とが垂直である場合にはTi−Cr系合金粒子8が垂直方向に体積膨脹するためMg粒子7には圧縮応力が付与される。
Next, the mechanism by which the Ti—Cr-based
As shown in FIG. 5, when hydrogen atoms are occluded in the Ti—
また、Ti−Cr系合金粒子8において水素原子が放出されると、Ti−Cr系合金粒子8の体積がc軸方向に収縮する。この体積収縮に伴い、Ti−Cr系合金粒子8の周囲に位置するMg粒子7には圧縮応力又は引張応力が付与される。
このように、Ti−Cr系合金粒子8側からMg粒子7側に付与される応力により、Mg粒子7に存在する水素が不安定な状態となるために、200℃以下という比較的低温でも水素が放出されやすくなるものと考えられる。
When hydrogen atoms are released from the Ti—
Thus, since the hydrogen present in the
<第3の方法>
第2の方法は、MCB処理が施された後に第1粒子5(典型的にはMgからなる)の配向を実施した。しかし、MCB処理が施される前に配向処理を行うことができる。つまり、第1粒子5に対して上述と同様の手法によって配向処理を施した後に、第2粒子6と混合し、MCB処理を施すことができる。
図6は第3の方法の手順を模式的に示した図である。図6(a)、(b)に示すように、Mg粒子7に対して例えばボールミルにより機械的エネルギを付与することにより、Mg粒子7同士が結合した扁平状の集合体11を作製する。
次に、図6(c)に示すように集合体11を粉砕するとともに、粉砕により得られたMg粒子7にTi−Cr系合金粒子8を混合する。なお、第3の方法によれば、この段階におけるMg粒子7はその結晶がc軸方向に配向されている。Mg粒子7とTi−Cr系合金粒子8とを含む混合粉末に対してMCB処理を施すと、図6(d)に示すようにMg粒子7の周囲にTi−Cr系合金粒子8が結合する。このときMg粒子7同士、又はTi−Cr系合金粒子8同士も結合することがある。この結合はメカノケミカル的な作用によるものである。粉砕して得られた粒子を水素貯蔵体10として使用することができる。
<Third method>
In the second method, the first particles 5 (typically made of Mg) were oriented after the MCB treatment. However, the alignment process can be performed before the MCB process. That is, the
FIG. 6 is a diagram schematically showing the procedure of the third method. As shown in FIGS. 6A and 6B, a flat aggregate 11 in which the
Next, as shown in FIG. 6C, the aggregate 11 is pulverized, and Ti—Cr-based
以下本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
以下の要領で水素貯蔵体を作製した。
(1)Mg塊から切削粉末を400g作製した。400gの切削粉に水素の吸蔵・放出を繰返すことによる水素化粉砕を施してMg粉末を得た。なお、このMg粉末は、最後に水素放出を行っているので、水素を含んでいない。得られたMg粉末を目開きが150μmのふるいを用いて分級した。
(2)Mo4Ti39Cr57(at%)の組成を有する合金をアーク溶解にて作製した。アーク溶解にて作製したMo5Ti41Cr54合金(at%)を1400℃で10分間保持する熱処理を行った後、直ちに水中急冷することで、bcc相を主相とするTi−Cr系合金を得た。得られたTi−Cr系合金をボールミルで粉砕(粉砕時間:2時間)し、平均粒径1〜2μmのTi−Cr系合金粉末を得た。なお、この粉砕はTi−Cr系合金に水素を吸蔵させた状態で行った。粉砕後に得られたTi−Cr系合金粉末を減圧状態(10-2Pa以下)下、500℃で20分保持し、脱水素を行った。
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
A hydrogen storage body was prepared in the following manner.
(1) 400g of cutting powder was produced from Mg lump. Hydrogen powder was pulverized by repeatedly storing and releasing hydrogen into 400 g of cutting powder to obtain Mg powder. Note that this Mg powder does not contain hydrogen because hydrogen is finally released. The obtained Mg powder was classified using a sieve having an opening of 150 μm.
(2) An alloy having a composition of Mo 4 Ti 39 Cr 57 (at%) was produced by arc melting. Ti-Cr alloy with bcc phase as main phase by heat-treating Mo 5 Ti 41 Cr 54 alloy (at%) prepared by arc melting at 1400 ° C for 10 minutes and then immediately quenching in water Got. The obtained Ti—Cr alloy was pulverized with a ball mill (pulverization time: 2 hours) to obtain Ti—Cr alloy powder having an average particle diameter of 1 to 2 μm. This pulverization was performed in a state where hydrogen was occluded in the Ti—Cr alloy. The Ti—Cr-based alloy powder obtained after pulverization was held at 500 ° C. for 20 minutes under reduced pressure (10 −2 Pa or less) to perform dehydrogenation.
(3)(1)で得られたMg粉末と(2)で得られたTi−Cr系合金粉末を重量比で87:13の割合で混合した。この混合粉末を上述したMCB法により処理した。処理後の粉末をSEM及びSEM−EDSで観察したところ、凝集は確認されず、Mg粒子の周囲にTi−Cr系合金粒子が均一に分散しかつ結合した複合体が得られたことが確認された。 (3) The Mg powder obtained in (1) and the Ti—Cr alloy powder obtained in (2) were mixed at a weight ratio of 87:13. This mixed powder was processed by the MCB method described above. When the treated powder was observed with SEM and SEM-EDS, no aggregation was confirmed, and it was confirmed that a composite in which Ti—Cr alloy particles were uniformly dispersed and bonded around the Mg particles was obtained. It was.
(4)(3)で得られた複合体(50g)とφ12mmステンレス製のメディアボール(2kg)をポットに投入した後にポットを封止した。なお、以上の処理はArガスで置換されたグローブボックス内で行った。次に、ポットに対して減圧とArガス挿入を交互に繰返すことにより、ポット内をArガスで置換し、さらにポットをロータリーポンプにより真空引き(およそ10Pa以下)した。
その後、複合体とステンレス製のボールが収容されたポットを、ボールミルを構成する架台上で50rpmで回転を300時間継続した。
(5)回転を300時間継続した後に、ポットを開放して複合体を取り出した。複合体は、幅が約3mm、厚さが約100μmの板状の粒子に成長していた。なお、この処理もArガスで置換されたグローブボックス内で行った。
(4) The composite (50 g) obtained in (3) and a φ12 mm stainless steel media ball (2 kg) were charged into the pot, and then the pot was sealed. In addition, the above process was performed in the glove box substituted with Ar gas. Next, pressure reduction and Ar gas insertion were alternately repeated on the pot to replace the inside of the pot with Ar gas, and the pot was further evacuated (approximately 10 Pa or less) with a rotary pump.
Thereafter, the pot containing the composite and the stainless steel balls was rotated at 50 rpm on a frame constituting the ball mill for 300 hours.
(5) After rotating for 300 hours, the pot was opened and the composite was taken out. The composite was grown into plate-like particles having a width of about 3 mm and a thickness of about 100 μm. This treatment was also performed in a glove box substituted with Ar gas.
以上で得られた板状粒子について水素吸放出特性を評価した。評価の手順は以下の通りである。板状粒子をサンプル管に入れ、減圧中で400℃まで加熱し、その温度で水素圧が7MPaとなるように加圧した。この減圧・加圧を3回繰返した。その後、Arガスで置換されたグローブボックス内で、板状粒子をステンレス製の乳鉢に入れ、乳棒で軽く擦ることにより粉体化した。得られた粉体を150μmのふるいを通して粉末状の試料を得た。こうして得られた0.7gの試料をサンプル管に入れ、400℃で減圧した後、280℃、240℃、200℃の各温度における吸放出特性を測定した。測定結果を表1に示す。なお、測定は真空原点法による圧力−組成等温線(PCT線)に従って行った(JIS H7201)。その結果を表1に示すが、200℃においても4.7mass%という高い水素放出量が得られた。したがって、Mg粒子とTi−Cr系合金粒子との間にメカノケミカルな反応が起こっていると推察される。 The hydrogen absorption / release characteristics of the plate-like particles obtained above were evaluated. The evaluation procedure is as follows. The plate-like particles were put in a sample tube, heated to 400 ° C. under reduced pressure, and pressurized at that temperature so that the hydrogen pressure became 7 MPa. This decompression and pressurization were repeated three times. Thereafter, in a glove box substituted with Ar gas, the plate-like particles were put in a stainless mortar and pulverized lightly with a pestle. The obtained powder was passed through a 150 μm sieve to obtain a powder sample. The 0.7 g sample thus obtained was placed in a sample tube and decompressed at 400 ° C., and then the absorption / release characteristics at temperatures of 280 ° C., 240 ° C., and 200 ° C. were measured. The measurement results are shown in Table 1. In addition, the measurement was performed according to the pressure-composition isotherm (PCT line) by the vacuum origin method (JIS H7201). The results are shown in Table 1, and a high hydrogen release amount of 4.7 mass% was obtained even at 200 ° C. Therefore, it is speculated that a mechanochemical reaction occurs between the Mg particles and the Ti—Cr alloy particles.
以下の要領で水素貯蔵体を作製した。
(1)Mg塊から切削粉末を400g作製した。400gの切削粉に水素の吸蔵・放出を繰返すことによる水素化粉砕を施した後に、ボールミルで粉砕処理してMg粉末を得た。粉砕処理時間は4時間である。得られたMg粉末に対して400℃で減圧処理することにより脱水素処理を行った。脱水素処理後のMg粉末の粒径を測定したところ、平均粒径が3.3μmであった。
(2)平均粒径が20nmの球状のPd粉末を用意し、(1)で得られたMg粉末とPd粉末を重量比で90:10の割合で混合した。この混合粉末を上述したMCB法により処理した。処理後の粉体をTEM及びTEM−EDSで観察したところ、Mg粒子の表面をPd粒子が被覆する複合体が得られていることが確認された。Mg粒子を被覆しているPd粒子の厚さは20〜70nmの範囲にあった。また、Pd粒子は、Mg粒子の表面の1/2程度を被覆していた。
(3)(2)で得られた複合体(50g)とφ12mmステンレス製のメディアボール(2kg)をポットに投入した後にポットを封止した。なお、以上の処理はArガスで置換されたグローブボックス内で行った。次に、ポットに対して減圧とArガス挿入を交互に繰返すことにより、ポット内をArガスで置換し、さらにポットをロータリーポンプにより真空引き(およそ10Pa以下)した。その後、複合体とステンレス製のボールが収容されたポットを、ボールミルを構成する架台上にて50rpmで回転を300時間継続した。
A hydrogen storage body was prepared in the following manner.
(1) 400g of cutting powder was produced from Mg lump. After hydrotreating 400 g of cutting powder by repeatedly storing and releasing hydrogen, the powder was ground by a ball mill to obtain Mg powder. The grinding time is 4 hours. The obtained Mg powder was dehydrogenated by subjecting it to a reduced pressure treatment at 400 ° C. When the particle size of the Mg powder after the dehydrogenation treatment was measured, the average particle size was 3.3 μm.
(2) A spherical Pd powder having an average particle diameter of 20 nm was prepared, and the Mg powder obtained in (1) and the Pd powder were mixed at a weight ratio of 90:10. This mixed powder was processed by the MCB method described above. When the powder after the treatment was observed with TEM and TEM-EDS, it was confirmed that a composite in which the surface of Mg particles was covered with Pd particles was obtained. The thickness of the Pd particles covering the Mg particles was in the range of 20 to 70 nm. Further, the Pd particles covered about 1/2 of the surface of the Mg particles.
(3) The composite (50 g) obtained in (2) and a media ball (2 kg) made of φ12 mm stainless steel were put into the pot, and then the pot was sealed. In addition, the above process was performed in the glove box substituted with Ar gas. Next, pressure reduction and Ar gas insertion were alternately repeated on the pot to replace the inside of the pot with Ar gas, and the pot was further evacuated (approximately 10 Pa or less) with a rotary pump. Thereafter, the pot containing the composite and stainless steel balls was continuously rotated for 300 hours at 50 rpm on a frame constituting a ball mill.
(4)回転を300時間継続した後に、ポットを開放して複合体を取り出した。複合体は、幅が約3mm、厚さが約100μmの板状の粒子に成長していた。なお、この処理もArガスで置換されたグローブボックス内で行った。 (4) After rotating for 300 hours, the pot was opened and the complex was taken out. The composite was grown into plate-like particles having a width of about 3 mm and a thickness of about 100 μm. This treatment was also performed in a glove box substituted with Ar gas.
(5)(4)で得られた板状粒子をサンプル管に入れ、減圧中で400℃まで加熱し、その温度で水素圧が7MPaとなるように加圧した。この減圧・加圧を3回繰返した。その後、Arガスで置換されたグローブボックス内で、板状粒子をステンレス製の乳鉢に入れ、乳棒で軽く擦ることにより砕いた。
SEM−EDS、TEM−EDSにより粉体を観察したところ、Pd粉末の添加量が10重量%と少ないのにもかかわらず、ほとんどの粉体でPd粒子の存在が確認できた。このPd粒子は湾曲した帯状の形態を呈し、その厚さは10〜80nmである。
(5) The plate-like particles obtained in (4) were put in a sample tube, heated to 400 ° C. under reduced pressure, and pressurized at that temperature so that the hydrogen pressure became 7 MPa. This decompression and pressurization were repeated three times. Then, in the glove box substituted with Ar gas, the plate-like particles were put in a stainless mortar and crushed by lightly rubbing with a pestle.
When the powder was observed by SEM-EDS and TEM-EDS, the presence of Pd particles could be confirmed in almost all powders although the amount of Pd powder added was as small as 10% by weight. The Pd particles have a curved band shape and a thickness of 10 to 80 nm.
(6)(4)で得られた板状粒子について水素吸放出特性を評価した。評価の手順は以下の通りである。板状粒子をサンプル管に入れ、減圧中で400℃まで加熱し、その温度で水素圧が7MPaとなるように加圧した。この減圧・加圧を3回繰返した。その後、Arガスで置換されたグローブボックス内で、板状粒子をステンレス製の乳鉢に入れ、乳棒で軽く擦ることにより粉体化した。こうして得られた0.7gの試料をサンプル管に入れ、400℃で減圧した後、7MPaの水素圧に維持したまま室温まで冷却した。冷却後、水素圧を0.2MPaにした。
試料を大気に触れさせることなく水素化チャンバーに移動し、12時間だけ真空保持した後に、水素ガス圧0.1MPa、130℃の雰囲気下で24時間保持した。
(6) The hydrogen absorption / release characteristics of the plate-like particles obtained in (4) were evaluated. The evaluation procedure is as follows. The plate-like particles were put in a sample tube, heated to 400 ° C. under reduced pressure, and pressurized at that temperature so that the hydrogen pressure became 7 MPa. This decompression and pressurization were repeated three times. Thereafter, in a glove box substituted with Ar gas, the plate-like particles were put in a stainless mortar and pulverized lightly with a pestle. The 0.7 g sample thus obtained was placed in a sample tube, depressurized at 400 ° C., and then cooled to room temperature while maintaining a hydrogen pressure of 7 MPa. After cooling, the hydrogen pressure was set to 0.2 MPa.
The sample was moved to the hydrogenation chamber without being exposed to the atmosphere, kept in vacuum for 12 hours, and then kept in an atmosphere of hydrogen gas pressure 0.1 MPa and 130 ° C. for 24 hours.
その後、試料を真空に保持した後に、室温から240℃まで昇温し、熱的昇温脱離分析(TDS)によって水素放出温度を確認するとともに、四重極質量分析によって水素放出量を測定した。その結果、水素放出開始温度が110℃以下であること、水素放出のピーク温度が180℃であることが確認できた。また、水素放出量は5.6mass%であった。このように、200℃以下の温度において水素放出のピークがあり、かつ5.6mass%という高い水素放出量が得られたことから、Mg粒子とPd粒子との間にメカノケミカルな反応が起こっていると推察される。 Then, after holding the sample in vacuum, the temperature was raised from room temperature to 240 ° C., the hydrogen release temperature was confirmed by thermal temperature programmed desorption analysis (TDS), and the hydrogen release amount was measured by quadrupole mass spectrometry. . As a result, it was confirmed that the hydrogen release start temperature was 110 ° C. or lower and the hydrogen release peak temperature was 180 ° C. Further, the hydrogen release amount was 5.6 mass%. Thus, since there was a hydrogen release peak at a temperature of 200 ° C. or less and a high hydrogen release amount of 5.6 mass% was obtained, a mechanochemical reaction occurred between Mg particles and Pd particles. It is assumed that
市販のMg粉末を目開きが150μmのふるいを用いて分級した。また、平均粒径が70nmのNi粉末を用意した。分級されたMg粉末とNi粉末を重量比で70:30の割合で混合した。この混合粉末を上述した本発明の摩砕方法により処理した。処理後の粉体をSEM−EDSで観察したところ、Mg粒子の表面の90%以上をNi粒子が覆っている複合体となっていることが確認された。
得られた複合体0.25gとCu粉末0.75gとでペレットを作製し、このペレットをNi線で保持することにより評価用電極を作製した。この電極を負極、Ni板を正極とし、電解液を6MのKOH水溶液とした評価用電池を用いて40mA/gで50時間の還元を行い、8mA/gで酸化電気量を測定した結果800mAh/gという大きな値が得られた。
Commercially available Mg powder was classified using a sieve having an opening of 150 μm. Moreover, Ni powder with an average particle diameter of 70 nm was prepared. The classified Mg powder and Ni powder were mixed at a weight ratio of 70:30. This mixed powder was processed by the grinding method of the present invention described above. When the powder after the treatment was observed with SEM-EDS, it was confirmed that it was a composite in which Ni particles covered 90% or more of the surface of Mg particles.
A pellet was prepared from 0.25 g of the obtained composite and 0.75 g of Cu powder, and an evaluation electrode was manufactured by holding the pellet with Ni wire. As a result of performing reduction for 50 hours at 40 mA / g using an evaluation battery in which this electrode is a negative electrode, a Ni plate is a positive electrode, and an electrolytic solution is a 6M KOH aqueous solution, the amount of oxidized electricity is measured at 8 mA / g. A large value of g was obtained.
1…処理装置、2…回転ケーシング、2a…内壁、3…チップ、4…レーキ、5…第1粒子、6…第2粒子、7…Mg粒子、8…Ti−Cr系合金粒子、9、11…集合体、10…水素貯蔵体
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記第1粒子と前記第2粒子との混合物を得る混合工程と、
前記混合物を、剛体によって形成された所定の間隙を通過させる処理を複数回繰返す結合工程と、
を備えることを特徴とする水素貯蔵体の製造方法。 A method for producing a hydrogen storage body, comprising: first particles responsible for storing and releasing hydrogen; and second particles combined with the first particles,
A mixing step of obtaining a mixture of the first particles and the second particles;
A joining step of repeating the process of passing the mixture through a predetermined gap formed by a rigid body a plurality of times;
A method for producing a hydrogen storage body, comprising:
水素の吸蔵及び放出を担うMg金属粒子の周囲にTi−Cr系合金粒子を被着させた被着処理物を得る工程と、
前記被覆処理物における前記Mg金属粒子に対して配向処理を行う工程と、
を含むことを特徴とする水素貯蔵体の製造方法。 A method for producing a hydrogen storage body capable of storing and releasing hydrogen, comprising:
A step of obtaining a deposit treatment product in which Ti—Cr-based alloy particles are deposited around Mg metal particles responsible for storing and releasing hydrogen;
A step of performing an orientation treatment on the Mg metal particles in the coated product;
A method for producing a hydrogen storage body, comprising:
水素の吸蔵及び放出を担うMg金属粒子に対して配向処理を行って配向処理物を得る工程と、
前記配向処理物の周囲にTi−Cr系合金粒子を被着させる被着処理工程と、
を備えることを特徴とする水素貯蔵体の製造方法。 A method for producing a hydrogen storage body capable of storing and releasing hydrogen, comprising:
A step of performing an alignment process on the Mg metal particles responsible for the storage and release of hydrogen to obtain an alignment processed product;
A deposition treatment step of depositing Ti-Cr-based alloy particles around the alignment treatment product;
A method for producing a hydrogen storage body, comprising:
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