(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質金属からなる担体の微細孔に溶融状態の金属リチウムを含浸し、この担体中の金属リチウムと窒素ガスを反応させて窒化リチウムとし、さらにこの窒化リチウムを水素ガスと反応させてリチウムアミドからなる水素吸蔵体とすることを特徴とする水素吸蔵複合体の製造方法。
【請求項２】
金属リチウムと窒素ガスの反応が、金属リチウムの溶融状態で行われることを特徴とする請求項１記載の水素吸蔵複合体の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の製造方法によって製造された水素吸蔵複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素吸蔵複合体の製造方法に関し、多孔質金属からなる担体の微細孔内にリチウムアミドからなる水素吸蔵体を充填して水素吸蔵複合体を製造するようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
特開昭５５−１５８１０１号公報には、発泡金属多孔質体と水素吸蔵合金あるいは水素化物とを複合化した水素吸蔵体が開示されている。この水素吸蔵体は、銅、ニッケルなどからなる空孔径０．１５〜３ｍｍの空孔を無数に形成した空隙率９０〜９９％の発泡金属多孔質体の空孔に粉末状の水素吸蔵合金または水素化物を充填し、圧縮後、焼結して製造されるものである。
【０００３】
上述した発明においては、熱伝導率が高く、安定した水素吸放出速度と水素吸放出量を確保でき、水素吸蔵合金の粉末化が防止できるとされている。
しかしながら、この製造方法では、発泡金属多孔質体全体の５０〜６０％の空孔に水素吸蔵合金等が充填されるだけであり、水素吸蔵合金等の充填量が少なく、水素の吸蔵量、放出量が少ない水素吸蔵体しか得られないと言う欠点があった。
【特許文献１】特開昭５５−１５８１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、多孔質金属体と水素吸蔵体とを複合化した水素吸蔵複合体を製造する方法であって、水素吸蔵体の充填量を多くすることができ、これにより水素の吸蔵量、放出量を大きくすることができる水素吸蔵複合体の製造方法を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、多孔質金属からなる担体の微細孔に溶融状態の金属リチウムを含浸し、この担体中の金属リチウムと窒素ガスを反応させて窒化リチウムとし、さらにこの窒化リチウムを水素ガスと反応させてリチウムアミドからなる水素吸蔵体とすることを特徴とする水素吸蔵複合体の製造方法である。
【０００６】
請求項２にかかる発明は、金属リチウムと窒素ガスの反応が、金属リチウムの溶融状態で行われることを特徴とする請求項１記載の水素吸蔵複合体の製造方法である。
【０００７】
請求項３にかかる発明は、請求項１または２記載の製造方法によって製造された水素吸蔵複合体である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、水素吸蔵体の前駆体となる金属リチウムを多孔質金属からなる担体の微細孔に溶融状態で含浸、充填するので、微細孔全体の内奥部まで容易に効率よく多量の金属リチウムが充填できる。このため、担体の単位体積当たりの金属リチウム充填量が増加し、結果的に水素吸蔵複合体の単位体積当たりの水素の吸蔵量も増加する。
【０００９】
また、金属リチウムを溶融状態で含浸しているので、担体とこれの微細孔に充填された金属リチウムとの接合力が高く、水素の吸蔵、放出の繰り返しによってリチウムアミドが粉末化しても微細孔内に閉じ込められ、剥落することもない。
【００１０】
さらに、担体が良熱伝導性であるので、水素吸蔵複合体の加熱、冷却が速やかに行え、水素の吸蔵、放出を迅速に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、この発明の製造方法に用いられる装置の一例を示すものである。
図１において、符号１は、加熱炉の炉体を示し、この炉体１はカーボンなどからなる底部および蓋部を有する筒状のもので、その外周には電気ヒータ２が設けられ、炉体１内を加熱できるようになっている。
【００１２】
この炉体１内には、ステンレス鋼などからなる中心管３が設けられ、その上部開口端には、ガラスウールからなる蓋４が設けられている。この中心管３内にはモリブデン製のるつぼ５が配置され、このるつぼ５の底部にはニッケルなどの金属からなるスペーサ６を介して担体７が置かれ、この担体７上には金属リチウム板８が置かれている。
【００１３】
炉体１の蓋部には、排気管９および吸気管１０が設けられ、炉体１内にガスを導入または炉体１内のガスを排出できるようになっている。
上記担体７としては、ニッケル、銅、アルミニウム、ステンレス鋼などからなる板状の多孔質金属が用いられる。多孔質金属は、その内部に無数の連続気孔構造の孔径０．１〜１ｍｍの微細孔が形成され、多孔率が９０〜９９％のものである。
【００１４】
なお、本発明では多孔質金属に活性炭などの微細孔を有する炭素系材料も含まれるものとする。また、担体７の外形は、特に限定されないが、水素の吸蔵、放出の観点から厚さ０．２〜１０ｍｍ程度の板状のものが好ましい。
この担体７は、後述する水素吸蔵体を担持するものとなる。
【００１５】
次に、この装置を用いた水素吸蔵複合体の製造方法を説明する。
吸気管１０からアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを炉体１内に供給し、内部を不活性ガス雰囲気とする。ついで、電気ヒータ２を動作させて、るつぼ５内の金属リチウム板８を加熱し、溶融する。金属リチウムの融点は１８０℃であるので、加熱温度は２００〜５００℃で十分である。炉体１内の圧力は０．１〜０．２ＭＰａ程度とされ、加熱時間は１〜４時間とされる。
【００１６】
この加熱により、金属リチウム板８は溶融して、その下にある担体７の微細孔内に流れ込み、この微細孔を埋めた状態となる。溶融リチウムの流入は、毛細管現象により担体７の内部の微細孔にまで到るものとなる。このため、担体７のほぼすべての微細孔に金属リチウムが充填されることとなる。
【００１７】
次いで、窒化処理を行う。
炉体１内の温度を２００〜３００℃とした後、吸気管１０から窒素ガスを供給して、炉体１内の雰囲気を圧力０．１〜１．０ＭＰａの窒素ガス雰囲気とする。この状態を０．５〜５時間保つ。
この温度条件では、担体７の微細孔内に充填されている金属リチウムは、溶融状態にあるので、窒素と容易かつ速やかに反応し、下記反応式によって、ほぼすべての金属リチウムが窒化リチウム（Ｌｉ３Ｎ）となる。
３Ｌｉ＋１／２Ｎ２→Ｌｉ３Ｎ ・・・（１）
【００１８】
次いで、水素化処理を行う。
炉体１内の温度を２５０〜３５０℃とし、吸気管１０から水素ガスを供給し、炉体１内の雰囲気を圧力０．５〜３ＭＰａの水素ガス雰囲気とする。この状態を１〜２０時間保つ。
この温度条件では、担体７の微細孔内に充填されている窒化リチウムは、水素化され、下記反応式によって、リチウムアミド（ＬｉＮＨ２）となる。
Ｌｉ３Ｎ＋２Ｈ２→Ｌｉ２ＮＨ＋ＬｉＨ＋Ｈ２→ＬｉＮＨ２＋２ＬｉＨ 
・・・（２）
【００１９】
ここで生成したリチウムアミドが水素を吸蔵した水素吸蔵体となる。そして、この水素吸蔵体を２００〜３００℃に加熱することによって、上記反応式（２）の逆反応により脱水素化処理されて、水素ガスを放出することになる。
窒化リチウム１モルに対して最大２モルの水素（１０．４質量％）を吸蔵、放出することになる。
【００２０】
このような水素吸蔵複合体では、窒化リチウムの水素化処理（水素吸蔵）とリチウムアミドの脱水素化処理（水素放出）からなるサイクルを繰り返すことによって、水素の貯蔵、運搬等に利用できる。そして、１０回程度のサイクルを繰り返しても水素吸蔵、放出能力が低下しないことが確認されている。
【００２１】
このような水素吸蔵複合体の製造方法によれば、水素吸蔵体の前駆体となる金属リチウムを多孔質金属からなる担体の微細孔に溶融状態で含浸、充填するので、微細孔全体の内奥部まで容易に効率よく多量の金属リチウムが充填できる。このため、担体の単位体積当たりの金属リチウム充填量が増加し、結果的に水素吸蔵複合体の単位体積当たりの水素の吸蔵量も増加する。
【００２２】
また、金属リチウムを溶融状態で含浸しているので、担体とこれの微細孔に充填された金属リチウムとの接合力が高く、水素の吸蔵、放出の繰り返しによってリチウムアミドが粉末化しても微細孔内に閉じ込められ、剥落することもない。
【００２３】
さらに、担体が良熱伝導性であるので、水素吸蔵複合体の加熱、冷却が速やかに行え、水素の吸蔵、放出を迅速に実施することができる。
【００２４】
以下、具体例を示す。
図１に示す装置を用いて、本発明の水素吸蔵複合体を製造した。担体７には、微細孔径が約５００μｍ、多孔率が９８％、厚さが１．５５ｍｍの板状のフォーム状のニッケルからなるものを用いた。金属リチウム板８には、純度９９．９％の厚さ０．１５ｍｍのものを用いた。
【００２５】
炉体１内を、圧力０．２ＭＰａのアルゴンガス雰囲気とし、温度５００℃で３時間加熱し、金属リチウム板８を溶解し、これを担体７の微細孔に含浸、充填した。
金属リチウムを充填した後の担体７を走査型電子顕微鏡で観察したところ、担体７のすべての微細孔に金属リチウムがほぼ満杯状態で充填されていた。
【００２６】
次いで、この状態の担体７を炉体１のるつぼ５内に収め、炉体１内を０．２ＭＰａの窒素ガス雰囲気とし、温度２２０℃で３時間加熱し、窒化処理を行った。
窒化処理後の担体７のＸ線回折プロファイルを図２の（ａ）に、また、ラマン分光スペクトルを図３の（ａ）に示す。これには、窒化リチウムに由来するピークが認められる。
【００２７】
次いで、この状態の担体７を炉体１のるつぼ５内に収め、炉体１内を１．５ＭＰａの水素ガス雰囲気とし、温度３００℃で１０時間加熱し、水素化処理を行った。
水素化処理後の担体７のＸ線回折プロファイルを図２の（ｂ）に、ラマン分光スペクトルを図３の（ｂ）に示す。これには、リチウムアミドに由来するピークが認められる。
【００２８】
さらに、この状態の担体７を炉体１のるつぼ５内に収め、炉体１内を減圧状態とし、温度２５０℃で１０時間加熱し、脱水素化処理を行った。
脱水素化処理後の担体７のＸ線回折プロファイルを図２の（ｃ）に、ラマン分光スペクトルを図３の（ｃ）示す。これには、リチウムアミドに由来するピークの高さが低下し、窒化リチウムに由来するピークが再度認められる。
【００２９】
さらに、この状態の担体７を炉体１のるつぼ５内に収め、炉体１内を１．５ＭＰａの水素雰囲気とし、温度３００℃で１０時間加熱し、再水素化処理を行った。再水素化処理後の担体７のＸ線回折プロファイルを図２の（ｄ）に、ラマン分光スペクトルを図３の（ｄ）に示す。これには、再度リチウムアミドのピークが認められる。
これらの現象から、本発明の水素吸蔵複合体では水素の吸蔵、放出が可能であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の製造方法に用いられる製造装置の例を示す概略断面図である。
【図２】具体例における担体のＸ線回折プロファイルを示す図表である。
【図３】具体例における担体のラマン分光スペクトルを示す図表である。
【符号の説明】
【００３１】
７・・担体、８・・金属リチウム板
【図１】
0004662167.tif 000002
【図２】
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【図３】
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