(57)【要約】【課題】常温で水素貯蔵能力の高い水素貯蔵材料を提供する。【解決手段】水素吸蔵合金、及び８族遷移金属から選ばれる１種以上の金属が担持されたカーボン材料を混合することにより、水素吸蔵合金の水素吸蔵時に放出する熱エネルギーにより、カーボン材料に担持された８族遷移金属が活性化され、水素分子を原子状水素に解離させることによって、カーボン材料への水素貯蔵が促進され、常温における水素貯蔵量が増大できる。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素吸蔵合金、及び８族遷移金属から選ばれる１種以上の金属が担持されたカーボン材料が混合されていることを特徴とする水素吸蔵材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い水素吸蔵能力を有する水素吸蔵材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素は、燃焼しても二酸化炭素を発生しないクリーンなエネルギー源として注目されている。水素を燃料として利用するため、水素の貯蔵及び運搬方法の検討が数多く行われている。水素を貯蔵運搬する方法としては、高圧ガスボンベによるものが一般的であるが、ガスボンベは重く、またガスボンベの単位容積当たりの貯蔵効率も実用上の限界があり、大きな貯蔵効率の向上は期待できない。ガスボンベに代わる水素貯蔵方法として、例えば水素吸蔵合金を利用する方法が知られている。しかし、水素吸蔵合金はそれ自身が重いという欠点があり、水素吸蔵合金よりも軽量かつ水素貯蔵能力の高い材料の開発が求められている。近年、カーボンナノチューブ等のカーボン材料が、軽量かつ水素を吸蔵できる材料として注目され、これらを水素吸蔵材料として利用することが検討されている。しかし、例えば、カーボンナノチューブは、ファンデルワールス力に基づく水素分子の吸着を行うことが知られているが、この吸着は極めて低温で可能であり、常温においては、水素分子はカーボンナノチューブに吸着されていることはできず、放出されてしまう。また、グラファイトナノファイバー、又はカーボンナノチューブに、水素分子を原子状水素に解離させる能力を有する金属又は合金を担持又は被覆し、水素を原子状にしてカーボン材料に吸蔵させる方法が、特開２００１−１４６４０８号公報、特開２００１−２１２４５３号公報、特開平１０−７２２０１号公報に記載されている。この方法は、カーボン材料に担持又は被覆した金属又は合金の作用によって、水素分子が原子状になり、それが炭素に化学的に付加すること等によってカーボン材料に吸蔵されることにより、上記カーボン材料にファンデルワールス力のみによって水素を吸蔵させるよりも多くの水素を吸蔵することができる。しかし、この場合も、約８０℃以上の高温においては、これらカーボン材料への水素吸蔵量が多くなるが、室温付近においては水素分子を原子状に解離するためのエネルギーが充分ではなく、水素の吸蔵量はあまり多くならない。
【０００３】
また、カーボン材料及び水素吸蔵合金を粉砕混合した複合材へ水素を吸蔵する試みが行われているが、この場合の水素吸蔵量は、この複合材に含まれる水素吸蔵合金及びカーボン材料のそれぞれに基づく水素吸蔵量の和であり、水素吸蔵量をその和以上に大きくすることはできていない（Ｈ．Ｉｍａｍｕｒａら、Ｊ．　Ａｌｌｏｙｓ　Ｃｏｍｐｄ．，　２９３〜２９５，　５６９（１９９９））。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、水素分子を原子状水素に解離することができる金属を担持したカーボン材料への常温における水素貯蔵量を高めることにより、常温で大きな水素吸蔵量を有する水素吸蔵材料を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の水素吸蔵材料は、水素吸蔵合金、及び８族遷移金属から選ばれる１種以上の金属が担持されたカーボン材料が混合されていることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
水素吸蔵合金は、常温でも水素を吸蔵し、そのときに熱エネルギーを放出することが知られている。水素吸蔵合金の近傍に、８族遷移金属から選ばれる１種以上の金属が担持されたカーボン材料を存在させることによって、この熱エネルギーがカーボン材料に担持された金属を活性化し、水素分子を原子状水素に解離させ、解離された原子状水素がカーボン材料に吸蔵されることによって、常温でもカーボン材料への水素吸蔵量を増加させることができることを見出し、本発明を完成したものである。
【０００７】
すなわち、本発明の水素吸蔵材料は、水素吸蔵合金、及び及び８族遷移金属から選ばれる１種以上の金属が担持されたカーボン材料が混合されたものである。
【０００８】
本発明に用いる水素吸蔵合金は、公知のものを用いることができるが、例えば、ランタン・ニッケル系、ミッシュメタル・ニッケル系、ランタン・ニッケル・アルミニウム系、ミッシュメタル・ニッケル・アルミニウム系、ミッシュメタル・ニッケル・アルミニウム・コバルト系、ミッシュメタル・ニッケル・アルミニウム・マンガン系、ミッシュメタル・ニッケル・マンガン・アルミニウム・コバルト系、カルシウム・ニッケル・ミッシュメタル・アルミニウム系、チタン・鉄系、チタン・鉄・マンガン系、鉄・チタン−鉄チタン酸化物系、チタン・鉄・ニッケル・バナジウム系、チタン・鉄・ニッケル・ジルコニウム系、チタン・コバルト系、チタン・コバルト・鉄・ジルコニウム系、チタン・ニッケル系、チタン・マンガン系、チタン・クロム系、チタン・ジルコニウム・クロム・マンガン系、チタン・クロム・マンガン系、ジルコニウム・チタン・鉄・バナジウム・クロム系、マグネシウム・ニッケル系、ジルコニウム・マンガン系、ジルコニウム・バナジウム系、ジルコニウム・鉄系、カルシウム・ニッケル系の合金の１種以上を用いることが好ましい。特に高い水素吸蔵能を有する点からマグネシウム・ニッケル系合金を用いることが好ましい。
【０００９】
水素吸蔵合金の形状は、８族遷移金属から選ばれる１種以上の金属が担持されたカーボン材料との良好な混合状態を達成できることから、粉末であることが好ましく、この水素吸蔵合金の粉末の平均粒径は、１０ｎｍ以下であることが好ましい。また、水素吸蔵合金は、水素の吸蔵・放出に伴う膨張・収縮によって、次第に微細化することが知られており、水素の吸蔵・放出を繰り返すことで、当初用いた水素吸蔵合金の平均粒径よりも、さらに微細になっていく。
【００１０】
本発明においては、８族遷移金属を担持したカーボン材料を用いる。本明細書中にいうカーボン材料とは、本質的に炭素のみからなる、ダイヤモンド以外の炭素同素体、及び本質的に前記の炭素同素体であるが、それら炭素同素体の一部に酸化、付加、置換等の反応によって、炭素以外の元素を含む材料も含むものとして用いる。カーボン材料としては、比表面積が大きく、水素吸蔵量を多くできることから、活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノファーバー、及びフラーレンからなる群から選ばれる１種以上のカーボン材料を用いることが特に好ましい。また、これらのカーボン材料の２種以上の混合物を用いることもできる。上記カーボン材料のうち、活性炭を用いる場合は、粒径が、１０ｎｍ以下である活性炭を用いることが、水素吸蔵合金との良好な混合状態を得ることができることから好ましい。カーボンナノチューブは、多層及び単層カーボンナノチューブから、その外径、内径、長さを任意に選択して用いることができる。カーボンナノホーン、カーボンナノファイバーは、公知の材料から任意に選択して用いることができる。フラーレンは、Ｃ６０、７０等公知のものの中から任意に選択して用いることができる。
【００１１】
上記カーボン材料に、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、及びＣｏから選ばれる１種以上の８族遷移金属を担持する。特にＰｄを担持することが、触媒活性が高い点から好ましい。カーボン材料に８族遷移金属を担持するためには、公知の金属皮膜形成方法である、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等を使用してカーボン材料に金属被覆をする方法、あるいは、金属塩の溶液とカーボン材料を混合し、乾燥後、不活性雰囲気中で加熱することにより金属塩を分解して金属にし、カーボン材料に担持する方法（含浸法）等の公知の方法が例示できるが、特に含浸法が、金属を高分散化できる点で好ましい。カーボン材料に担持する８族遷移金属の量は、特に制限されるものではないが、カーボン材料に対して１質量％以上であることが、高い触媒作用が得られる点で好ましい。
【００１２】
水素吸蔵合金と８族遷移金属を担持したカーボン材料との混合割合は、任意に定めることができるが、水素吸蔵合金に対して、質量で１倍から５倍の、８族遷移金属を担持したカーボン材料を混合することが好ましい。水素吸蔵合金に対して、８族遷移金属を担持したカーボン材料の混合量が多くなりすぎると、水素吸蔵合金と混合した相乗効果による水素吸蔵量の向上効果が期待できなくなる。
【００１３】
上記水素吸蔵合金と８族遷移金属を担持したカーボン材料との混合は、粉体を混合するための公知の方法を任意に使用することができ、ボールミルを使用した混合等が例示できる。
【００１４】
以下に本発明を具体的な実施形態に基づいてさらに説明する。
レーザーアブレーション法によって製造された単層カーボンナノチューブに、含浸法によって、Ｐｄを担持し、単層カーボンナノチューブに対して、Ｐｄが１０質量％担持された単層カーボンナノチューブ（Ａ）を得た。
【００１５】
上記カーボンナノチューブ（Ａ）（５ｇ）、及び平均粒径１μｍの水素吸蔵合金（ＬａＮｉ５）（Ｂ）（５ｇ）をセラミックス製ボールミルで均一になるまで混合し、混合物（Ｃ）を得た。上記カーボンナノチューブ（Ａ）、水素吸蔵合金（Ｂ）、及び、上記混合物（Ｃ）の水素貯蔵能力を、容量法及び昇温脱離ガス分析を用いて評価した。その結果、常温で、カーボンナノチューブ（Ａ）が０．２質量％、水素吸蔵合金（Ｂ）が２．３質量％の水素を吸蔵できたのに対し、混合物（Ｃ）は３．５質量％の水素を吸蔵することができた。
【００１６】
この結果は、水素吸蔵合金と８族遷移金属から選ばれる１種以上の金属が担持されたカーボン材料を混合することにより、常温で水素吸蔵合金が水素吸蔵するときに放出された熱エネルギーによって、カーボン材料に担持された８族遷移金属が活性化され、水素分子が原子状水素に解離され、この原子状水素がカーボン材料に吸蔵されたためであると考えられる。
【００１７】
【発明の効果】
水素吸蔵合金、及び８族遷移金属から選ばれる１種以上の金属が担持されたカーボン材料を混合した水素吸蔵材料は、常温における水素貯蔵能力に優れ、水素貯蔵材料として優れている。