(57)【要約】      （修正有）【課題】活性化処理を施さなくとも水素を吸収し、室温から200℃付近の温度までほとんど水素を放出しない水素貯蔵合金を提供する。【解決手段】Ｎｂ、Ｚｒ及びＦｅを構成元素とする三角座標上の点Ａ（0.6，０，0.4）、点Ｂ（0.2，0.2，0.6）、点Ｃ（０，0.4，0.6）、点Ｄ（０，0.85，0.15）、点Ｅ（0.45，0.5，0.05）及び点Ｆ（0.95，０，0.05）を結ぶ線分ＡＢ、線分ＢＣ、線分ＣＤ、線分ＤＥ、線分ＥＦ及び線分ＦＡで囲まれる領域内（線分上を含む）の原子比組成を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｂ、Ｚｒ及びＦｅを構成元素とする三角座標上の点Ａ（０．６，０，０．４）、点Ｂ（０．２，０．２，０．６）、点Ｃ（０，０．４，０．６）、点Ｄ（０，０．８５，０．１５）、点Ｅ（０．４５，０．５，０．０５）及び点Ｆ（０．９５，０，０．０５）を結ぶ線分ＡＢ、線分ＢＣ、線分ＣＤ、線分ＤＥ、線分ＥＦ及び線分ＦＡで囲まれる領域内（線分上を含む）の原子比組成を有することを特徴とする水素貯蔵合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、水素貯蔵合金に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、活性化処理を施さなくとも水素を吸収し、室温から２００℃付近の温度までほとんど水素を放出しない水素貯蔵合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
燃料電池等の材料として有用な水素吸蔵合金が研究、開発されている。通常の水素吸蔵合金は、あらかじめ活性化処理を施した後にはじめて水素を吸収するようになる（たとえば、特許文献１参照）。ここで、活性化処理とは、水素吸蔵合金を減圧下で高温に加熱して脱ガスを行った後、低圧で高温の水素ガス雰囲気中に保持させて水素を吸収させるというプロセスを数回程度繰り返し行うものである。
【０００３】
したがって、従来の水素吸蔵合金は、活性化処理を施さない限り、水素吸蔵という特性を発揮しないという問題がある。また、従来の水素吸蔵合金については、吸収された水素が、室温付近の僅かな温度変化、圧力変化により放出されてしまい、水素貯蔵という観点からはきわめて不安定であると言わざるを得ない。
【０００４】
この出願の発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、活性化処理を施さなくとも水素を吸収し、室温から２００℃付近の温度までほとんど水素を放出しない水素貯蔵合金を提供することを解決すべき課題としている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１３０４０１号公報
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、Ｎｂ、Ｚｒ及びＦｅを構成元素とする三角座標上の点Ａ（０．６，０，０．４）、点Ｂ（０．２，０．２，０．６）、点Ｃ（０，０．４，０．６）、点Ｄ（０，０．８５，０．１５）、点Ｅ（０．４５，０．５，０．０５）及び点Ｆ（０．９５，０，０．０５）を結ぶ線分ＡＢ、線分ＢＣ、線分ＣＤ、線分ＤＥ、線分ＥＦ及び線分ＦＡで囲まれる領域内（線分上を含む）の原子比組成を有することを特徴とする水素貯蔵合金（請求項１）を提供する。
【０００７】
以下、実施例を示し、この出願の発明の水素貯蔵合金についてさらに詳しく説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この出願の発明の水素貯蔵合金は、上述のとおり、Ｎｂ、Ｚｒ及びＦｅを構成元素とする三角座標上の点Ａ（０．６，０，０．４）、点Ｂ（０．２，０．２，０．６）、点Ｃ（０，０．４，０．６）、点Ｄ（０，０．８５，０．１５）、点Ｅ（０．４５，０．５，０．０５）及び点Ｆ（０．９５，０，０．０５）を結ぶ線分ＡＢ、線分ＢＣ、線分ＣＤ、線分ＤＥ、線分ＥＦ及び線分ＦＡで囲まれる領域内（線分上を含む）の原子比組成を有する。この出願の発明の水素貯蔵合金は、活性化処理を施さずとも水素を吸収し、室温でも水素を吸収可能であり、しかも吸収した水素を２００℃付近の温度までほとんど放出しない。このような特性は、従来の水素吸蔵合金とは明らかに異なり、この出願では水素貯蔵合金と区別している。
【０００９】
この出願の発明の水素貯蔵合金は、製造方法には特に制限はなく、たとえばアーク溶解法により製造され、その表面は清浄である。水素吸収濃度は、組成により異なるが、一般に、０．５〜２．０ｗｔ％程度である。また、この出願の発明の水素貯蔵合金は、水素を吸収する前は塊状であり、水素を吸収した後には粉末状となる。
【００１０】
この出願の発明の水素貯蔵合金は、活性化処理なしで水素ガスを吸収することができ、しかも一旦吸収した水素を容易には放出しないため、水素貯蔵運搬技術への応用が期待される。たとえば車両用水素燃料及び燃料電池の水素供給源等の適用が想定される。
【００１１】
【実施例】
図１は、Ｎｂ、Ｚｒ及びＦｅを構成元素とする合金の組成を原子比で示した図である。図１図中の○印で示される組成の合金は、線分ＡＢ、線分ＢＣ、線分ＣＤ、線分ＤＥ、線分ＥＦ及び線分ＦＡで囲まれる領域内（線分上を含む）にあり、この出願の発明の水素貯蔵合金の一例である。上記○印で示される合金は、活性化処理せずに水素を吸収して粉末化した。
【００１２】
一方、線分ＡＢ、線分ＢＣ、線分ＣＤ、線分ＤＥ、線分ＥＦ及び線分ＦＡで囲まれる領域の外側の組成を有する図中▲印で示される合金は、水素を吸収せず、粉末化しなかった。
【００１３】
次に、この出願の発明の水素貯蔵合金のより具体例を示す。
【００１４】
Ｎｂ０．４Ｚｒ０．４５Ｆｅ０．１５合金（２０ｇ）をアーク溶解法により作製した。図２の上段の写真左（水素導入後１２０秒経過）に示されるように、合金はボタン状の形状を有していた。Ｎｂ０．４Ｚｒ０．４５Ｆｅ０．１５合金は、水素を吸収するにしたがって崩壊、粉末化が進行し（図２の上段の写真中央（水素導入後２７０秒経過）参照）、約７分で水素の吸収が完了した（図２の上段の写真右（水素導入後４２０秒経過）参照）。
【００１５】
図２の下段の写真は、上記Ｎｂ０．４Ｚｒ０．４５Ｆｅ０．１５合金の水素吸収後の粉末の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。写真Ａは粉末の全体像であり、その大きさは５０〜２００ミクロン程度であった。一つの粉末を拡大すると、写真Ｃに写されているように、粒子内部に微細なクラックが多数存在することが確認された。
【００１６】
次に、Ｎｂ０．４Ｚｒ０．２Ｆｅ０．４合金に水素を吸収させ、粉末化した水素含有粉末について示差熱分析を行った。測定は、Ａｒ雰囲気中で５℃／ｍｉｎの昇温という条件で行った。その結果を図３に示した。
【００１７】
図３図中のＴＧは、水素含有粉末の温度に対する重量変化であり、ＴＧ曲線から確認されるように、室温から約２００℃までは重量変化がなく、２００℃を超えると、急激に重量が減少し、約４００℃で重量減は終息する。図３図中のＤＴＡは、温度に対する示差熱変化であり、ＤＴＡ曲線から確認されるように、２００℃を超えると、急激な吸熱状態になり、約２３０℃付近に吸熱ピークがある。ＴＧ及びＤＴＡにおける急激な変化を示す温度はほぼ一致している。
【００１８】
そして、示差熱分析時にＡｒガス中に放出されるガス組成を質量分析器により分析した。その結果、ＴＧ及びＤＴＡ曲線において急激な変化を示す温度で水素が検出された。ＴＧ及びＤＴＡにおける急激な変化は水素の放出に起因していることが確認された。
【００１９】
なお、ＴＧ曲線より、温度２００〜２３０℃で粉末重量が約１ｗｔ％減少しており、粉末重量の１ｗｔ％が水素となって放出されたと理解される。
【００２０】
Ｎｂ０．４５Ｚｒ０．４Ｆｅ０．１５合金についてもＮｂ０．４Ｚｒ０．２Ｆｅ０．４合金と同様に水素含有粉末の示差熱分析を行った。その結果は、図４に示したとおりである。
【００２１】
室温から約２００℃までは重量変化は起こらないが、２００〜２５０℃で重量は急激に減少し、その後、昇温とともに重量がさらに減少して約７５０℃で重量の減少が終息した。このことから、Ｎｂ０．４５Ｚｒ０．４Ｆｅ０．１５合金の場合にも２００℃付近までは水素を放出しないことが確認される。また、Ｎｂ０．４５Ｚｒ０．４Ｆｅ０．１５合金は、Ｎｂ０．４Ｚｒ０．２Ｆｅ０．４合金と比較して高温状態でも水素を含有することが確認される。そして、図４のＴＧ曲線から、約１．８５ｗｔ％の水素を吸収していたことが確認される。
【００２２】
さらに、示差熱分析から得た重量減から求められる水素含有量と化学分析による水素含有量を比較した。その結果を表１に示した。
【００２３】
【表１】
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Ｎｂ０．２Ｚｒ０．６５Ｆｅ０．１５合金の水素含有量は、示差熱分析から求めた数値、化学分析から求められた数値がともに１．９５ｗｔ％であり、一致している。同様に、Ｎｂ０．４５Ｚｒ０．４Ｆｅ０．１５合金では、前者が１．８５ｗｔ％、後者が１．８６ｗｔ％であり、ほぼ一致している。
【００２４】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施形態及び実施例によって限定されるものではない。合金の製造方法、示差熱分析の測定条件などの細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、活性化処理を施さなくとも水素を吸収し、室温から２００℃付近の温度までほとんど水素を放出しない水素貯蔵合金が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｎｂ、Ｚｒ及びＦｅを構成元素とする合金の水素貯蔵領域を示した図である。
【図２】上段は、Ｎｂ０．４Ｚｒ０．４５Ｆｅ０．１５合金の水素吸収にともなう形状変化を時間（秒）に対して示した写真であり、下段は、水素吸収後の粉末の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図３】実施例における示差熱分析結果を示した図である。
【図４】実施例における示差熱分析結果を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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