專利名稱：儲氫合金及使用該儲氫合金的儲氫單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及吸留氫的儲氫合金及使用該儲氫合金的儲氫單元。
背景技術(shù)：
作為用于車輛等的燃料電池的氫，使用了氣態(tài)氫。氫為氣體狀態(tài)時，體積非常大。 為此，氣態(tài)氫需壓縮使用。但是，即使這樣，對于實用來說其體積仍較大，存在占用空間的問題。另一方面，液態(tài)氫比氣態(tài)氫體積小。但是，將氫保持在液體狀態(tài)是較為困難的，不適合實用化。因此，正在研究和開發(fā)使用體積小、操作性得到提高的固態(tài)氫。固態(tài)氫以氫吸留在合金內(nèi)的狀態(tài)使用。該合金被稱為儲氫合金。針對該儲氫合金，重復(fù)進(jìn)行氫的吸留和放出。專利文獻(xiàn)1公開了這樣的儲氫合金。專利文獻(xiàn)1涉及儲氫(吸留氫)材料及其制造方法，以及氫產(chǎn)生裝置。該儲氫材料包含Mg(鎂)金屬，在其表層部具有最接近原子間距離比Mg金屬短的晶體區(qū)域X，在300°C以下時，每100重量份上述儲氫材料可儲存及放出7 重量份以上的氫。但是，在使專利文獻(xiàn)1所示的塊狀Mg與氫鍵合進(jìn)行氫化而形成MgH2的情況下，需要熱、壓力。即，需要用于使氫吸留在儲氫合金上的熱能、壓力能。每次進(jìn)行氫化反應(yīng)時必須供給這些能量是較為不便的。另一方面，存在使用Pd(鈀)、Pt(鉬)等催化劑來提高氫化反應(yīng)性的方法。但是， 使用催化劑也需要熱能、壓力能。如上所述，關(guān)于使儲氫合金與氫鍵合的氫化，存在需要能量的問題。此外，Mg本身具有儲氫性能高的優(yōu)點，但由于氫的固體擴(kuò)散性能低，因此氫的吸留需要花費時間。氫的固體擴(kuò)散性能低，即氫的固體擴(kuò)散緩慢是指，位于合金表面的Mg即使捕獲了氫，這些氫也不會移動到位于合金內(nèi)側(cè)的Mg上。因此，僅合金表面的Mg與氫鍵合而形成MgH2，這些將形成屏障膜成為妨礙接下來的氫吸留的主要原因。由此，還顯示了 Mg的固體擴(kuò)散緩慢的問題。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2003-147473號公報本發(fā)明是考慮了上述現(xiàn)有技術(shù)而完成的，其目的在于提供一種儲氫合金以及使用該儲氫合金的儲氫單元，該儲氫合金可以在室溫、大氣壓環(huán)境下吸留氫，并可以加速固體擴(kuò)散從而縮短氫化的時間。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的，權(quán)利要求1的發(fā)明提供一種儲氫合金，其特征在于，該儲氫合金具有儲氫基體和催化劑層，所述儲氫基體由鎂與鎂-鎳合金、鎂-鈦合金、鎂-鈮合金、 鎂-錳合金或鎂-鈷合金的混合物形成，所述催化劑層覆蓋所述儲氫基體的表面。就權(quán)利要求2的發(fā)明而言，其特征在于，在權(quán)利要求1的發(fā)明中，所述催化劑層由Pd形成。此外，權(quán)利要求3的發(fā)明提供一種儲氫單元，該儲氫單元使用了權(quán)利要求1所述的儲氫合金，其特征在于，所述儲氫單元含有具有氫分子能夠通過的多個孔的多孔體、以及覆蓋含有所述孔的所述多孔體的表面的所述儲氫合金。就權(quán)利要求4的發(fā)明而言，其特征在于，在權(quán)利要求3的發(fā)明中，所述催化劑層由 Pd形成。就權(quán)利要求5的發(fā)明而言，其特征在于，在權(quán)利要求3的發(fā)明中，所述多孔體為納米纖維的聚集體。就權(quán)利要求6的發(fā)明而言，其特征在于，在權(quán)利要求5的發(fā)明中，所述聚集體內(nèi)的各個納米纖維的方向是無規(guī)的。就權(quán)利要求7的發(fā)明而言，其特征在于，在權(quán)利要求3的發(fā)明中，所述儲氫合金的所述儲氫基體是通過蒸鍍以層狀形成在所述多孔體的所述表面的。根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，可以得到兼具M(jìn)g所具有的高儲氫性能、以及其它合金 (尤其優(yōu)選為Mg2Ni)所具有的高固體擴(kuò)散性能的儲氫合金。吸留在Mg上的氫通過例如 Mg2Ni轉(zhuǎn)移到其它Mg (或Mg2Ni)上。該氫的移動不需要熱、壓力。因此，可以在室溫、大氣壓下吸留氫。根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)明，氫在Pd的作用下由分子解離為原子(H2 —2H)。氫在原子狀態(tài)下可以最迅速地吸留在Mg上。Pd與Pt不同，不具有將氫原子質(zhì)子化的能力。因此， 通過將Pd用于催化劑，可以使氫停留在原子狀態(tài)。由此，可以實現(xiàn)比使用鉬催化劑更迅速的氫吸留。根據(jù)權(quán)利要求3的發(fā)明，由于儲氫合金覆蓋在具有多個氫分子能夠通過的孔的多孔體表面，因此儲氫層的表面積增大，與氫之間的接觸面積擴(kuò)大。由此，可以實現(xiàn)更迅速的氫吸留。根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)明，氫在Pd的作用下由分子解離為原子(H2 —2H)。氫在原子狀態(tài)下可以最迅速地吸留在Mg上。Pd與Pt不同，不具有將氫原子質(zhì)子化的能力。因此， 通過將Pd用于催化劑，可以使氫停留在原子狀態(tài)。由此，可以實現(xiàn)比使用鉬催化劑更迅速的氫吸留。根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)明，當(dāng)納米纖維形成聚集體時，纖維之間相互纏繞而形成的間隙成為能夠使氫通過的孔。由此，可以容易地形成多孔體。根據(jù)權(quán)利要求6的發(fā)明，即使是不對納米纖維的配置進(jìn)行特別限定而自然形成的聚集體，也可形成孔。利用這樣的孔，可以進(jìn)行迅速的氫吸留。根據(jù)權(quán)利要求7的發(fā)明，由于在多孔體上通過蒸鍍形成層狀的儲氫合金，因此制造容易，可以實現(xiàn)迅速的氫吸留。


[圖1]是本發(fā)明涉及的儲氫合金的概略圖。[圖2]是本發(fā)明涉及的儲氫單元的概略圖。[圖3]是儲氫纖維的縱向剖面圖。[圖4]是圖3的儲氫纖維的橫向剖面圖。
[圖5]是其它的儲氫纖維的縱向剖面圖。[圖6]是圖5的儲氫纖維的橫向剖面圖。[圖7]是示出使用本發(fā)明涉及的儲氫單元吸留氫時的時間和壓力的關(guān)系的曲線圖。符號說明1儲氫合金2儲氫層3催化劑層4 Mg5 Mg2Ni6 氫7儲氫單元8儲氫纖維9 間隙10納米纖維
具體實施例方式圖1是本發(fā)明涉及的儲氫合金的概略圖。如圖所示，本發(fā)明涉及的儲氫合金1由儲氫基體2和催化劑層3形成。儲氫基體2 為Mg金屬4和其它合金(圖中為Mg2Ni 5)混合并經(jīng)過薄膜化后形成的。該Mg 4和Mg2Ni 5的混合比例為，相對于1分子的Mg2Ni為0 10 (不包括0)分子的Mg。更優(yōu)選相對于1分子的Mg2Ni為4 8分子的Mg。尤其優(yōu)選混合后的化學(xué)式為Mg6Ni。通過如上所示地將Mg 4和Mg2Ni 5混合，發(fā)生以下的化學(xué)反應(yīng)，如圖中的箭頭所示，氫原子H傳遞給內(nèi)側(cè)的Mg(或 Mg2Ni),氫的固體擴(kuò)散性能得到提高。因此，可以實現(xiàn)迅速的氫吸留。需要說明的是，儲氫基體2優(yōu)選為無定形狀態(tài)。此外，使儲氫基體2薄膜化也會有助于氫吸留的迅速化。Mg+H2 — MgH2Mg2Ni+4 — Mg2NiH4如上所示，通過將Mg 4和Mg2Ni 5混合，可以得到兼具M(jìn)g 4所具有的高儲氫性能和Mg2Ni 5所具有的高固體擴(kuò)散性能的儲氫合金。該氫的移動不需要熱、壓力。由此，可以在室溫、大氣壓下進(jìn)行氫的吸留。催化劑層3由Pd(鈀)形成。形成的催化劑層3覆蓋儲氫基體2的整個表面。但是，也可以僅覆蓋其一部分。通過使用Pd，可以將氫由分子解離成原子(H2 —2H)。原子狀態(tài)的氫可以最為迅速地被Mg吸留。Pd與Pt不同，其不具有將氫原子質(zhì)子化的能力。因此， 通過將Pd用于催化劑，可以使氫停留在原子狀態(tài)。這樣一來，可以實現(xiàn)比使用鉬催化劑更為迅速的氫吸留。如果使用這樣的儲氫合金1對氫進(jìn)行吸留，氣體中的氫6與Pd催化劑層3接觸而被解離成氫原子。然后，氫原子被存在于儲氫基體2表面的Mg 4、Mg2Ni 5吸留。該吸留的氫原子在Mg2Ni 5的作用下，被吸留到內(nèi)側(cè)的Mg 4,Mg2Ni 5上。需要說明的是，可以使用其它的鎂-鎳合金、鎂-鈦合金、鎂-鈮合金、鎂-錳合金、或鎂-鈷合金來代替上述Mg2Ni。此外，在催化劑層3中，除Pd(鈀)之外，還可以使用 Pt(鉬)、Nb(鈮)或&附(鋯 鎳)等。圖2為本發(fā)明涉及的儲氫單元的概略圖。如圖所示，本發(fā)明涉及的儲氫單元7是在納米纖維上蒸鍍有儲氫合金1(參見圖1) 的儲氫纖維8的聚集體。通過使多個儲氫纖維8相互交叉，形成間隙9。各個納米纖維的方向可以是無規(guī)的。就該間隙9的大小而言，形成為氫分子能夠通過的大小。由于在這樣的納米纖維上蒸鍍有儲氫合金1(參見圖1)，因此儲氫基體2 (參見圖1)的表面積增大，與氫之間的接觸面積擴(kuò)大。即，間隙9成為使氫分子通過的孔，氫不僅吸留在儲氫單元7的表面，氫甚至進(jìn)入到儲氫單元7的內(nèi)側(cè)從而將氫吸留，因此可以實現(xiàn)更迅速的氫吸留。此外，如果納米纖維本身為多孔的物質(zhì)，例如由多孔納米纖維形成，則可以進(jìn)一步增加儲氫基體2(參見圖1)的表面積，擴(kuò)大與氫之間的接觸面積，從而可以實現(xiàn)迅速的氫吸留。需要說明的是，也可以使用具有使氫通過的孔的其它多孔體來形成儲氫單元。圖3為儲氫纖維的縱向剖面圖。此外，圖4為圖3的儲氫纖維的橫向剖面圖。如圖所示，儲氫纖維8由納米纖維10、儲氫基體(儲氫層)2和催化劑層3形成。 更具體來說，在納米纖維10的表面蒸鍍形成層狀的儲氫合金1。通過多個這樣的儲氫纖維 8相互交叉纏繞而形成聚集體，由此形成了儲氫單元7。在納米纖維10的表面為平滑的情況下，如圖所示，可實現(xiàn)均勻地蒸鍍。納米纖維可以使用靜電紡絲法等來制作。圖5為其它儲氫纖維的縱向剖面圖。此外，圖6為圖5的儲氫纖維的橫向剖面圖。如圖所示，在儲氫合金1為納米合金粒子的情況下，由形成的儲氫基體 (儲氫核)2為球狀，在其周圍覆蓋形成球狀的催化劑層3，該催化劑層3由Pd形成。S卩，由儲氫核2和催化劑層3形成膠體。這樣的納米合金粒子附著在納米纖維10的周圍形成儲氫纖維8。如上所述，通過適當(dāng)?shù)馗淖兒辖?的制造方法，可以得到各種各樣的儲氫合金1。圖7為示出使用本發(fā)明涉及的儲氫單元吸留氫時的時間和壓力的關(guān)系的曲線圖。如圖所示，如果在真空狀態(tài)下供給氫，則在通過儲氫合金開始吸留氫的同時，壓力增加。如果在時間T時停止氫的供給，則通過儲氫合金進(jìn)一步進(jìn)行氫吸留，壓力迅速降低。 壓力的降低表示供給的氣態(tài)氫的壓力的降低，表示氫被吸留。因此，可以確認(rèn)進(jìn)行了迅速的氫吸留。該試驗使用如下裝置來進(jìn)行在收納了儲氫單元的四方管的三方上設(shè)置閥，一方與壓力計、另一方與真空泵、再一方與氫氣瓶連接的裝置。首先，利用真空泵進(jìn)行減壓直到四方管內(nèi)的壓力穩(wěn)定(約20 )。接著，關(guān)閉真空泵側(cè)的閥并打開氫側(cè)閥。注入氫直至達(dá)到目標(biāo)壓力，關(guān)閉氫氣瓶側(cè)閥，利用壓力計確認(rèn)壓力變化。在本次試驗中，從107190 減壓至 320Pa。作為儲氫合金，使用Mg6Ni+Pd，氫的注入在6(ml/min)的條件下以100% H2進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種儲氫合金，該儲氫合金具有儲氫基體，由鎂與鎂-鎳合金、鎂-鈦合金、鎂-鈮合金、鎂-錳合金或鎂-鈷合金的混合物形成，以及催化劑層，該催化劑層覆蓋所述儲氫基體的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲氫合金，其中，所述催化劑層由Pd形成。
3.一種儲氫單元，其使用了權(quán)利要求1所述的儲氫合金，該儲氫單元包含 具有氫分子能夠通過的多個孔的多孔體、以及覆蓋含所述孔的所述多孔體的表面的所述儲氫合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的儲氫單元，其中，所述催化劑層由Pd形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的儲氫單元，其中，所述多孔體為納米纖維的聚集體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的儲氫合金單元，其中，所述聚集體內(nèi)的各個納米纖維的方向是無規(guī)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的儲氫單元，其中，所述儲氫合金的所述儲氫基體是通過蒸鍍以層狀形成在所述多孔體的所述表面的。
全文摘要
本發(fā)明可以得到一種儲氫合金，其具有由Mg和其它合金(例如Mg2Ni)的混合物形成的儲氫基體(2)，以及覆蓋該儲氫基體(2)表面的催化劑層(3)。由此，該儲氫合金兼具M(jìn)g所具有的高儲氫性能，以及Mg2Ni所具有的高固體擴(kuò)散性能。吸留在Mg上的氫通過Mg2Ni轉(zhuǎn)移到其它Mg(或Mg2Ni)上。該氫的移動不需要熱、壓力。由此，可以在室溫、大氣壓下吸留氫。
文檔編號B22F1/02GK102596451SQ20098016228
公開日2012年7月18日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者內(nèi)山直樹, 原田和美, 金井友美 申請人:株式會社渥美精機(jī)