(57)【要約】【課題】  酸素を吸収あるいは放出する酸素吸蔵合金を提供する。【解決手段】  低抵抗の主成分と高抵抗の添加物で組成された多結晶質の酸化物からなり、酸素イオンの移動速度が速い低抵抗酸化物の空乏層と、二つの空乏層間に存在して酸素イオンの移動速度が速い高抵抗酸化物の粒界層とが酸化物内部で形成されている。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
低抵抗の主成分と高抵抗の添加物で組成された多結晶質の酸化物からなり、酸素イオンの移動速度が速い低抵抗酸化物の空乏層と、二つの空乏層間に存在して前記酸素イオンの移動速度が速い高抵抗酸化物の粒界層とが前記酸化物内部で形成されていることを特徴とする酸素吸蔵合金。
【請求項２】
前記多結晶質の酸化物は、主成分としてＺｎＯ、添加物としてＢｉ2Ｏ3を含み、ＺｎＯ粒子の空乏層とＢｉ2Ｏ3の粒界層で組成されている請求項１に記載の酸素吸蔵合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素を吸収あるいは放出し得る酸素吸蔵合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、水素貯蔵容器、二次電池、燃料電池、水素燃料の自動車、コンプレッサやヒートポンプ等に利用されるものとして、水素吸蔵合金がある。この水素吸蔵合金は、合金体積の１０００倍の水素を吸収でき、合金を加熱あるいは外部圧力を減圧すると水素を放出し、冷却あるいは加圧すると水素を吸収するものである。このように温度や圧力を利用することにより、水素吸蔵合金での水素の放出あるいは吸収を制御することができる。代表的な水素吸蔵合金としては、ＴｉＭｎＶ、ＬａＮｉ5、ＦｅＴｉ、Ｍｇ2Ｎｉ等の希土類金属を使用したものがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前述したように水素を吸収あるいは放出する水素吸蔵合金や、その他、窒素吸蔵合金やＮＯｘ吸蔵合金などが存在するが、酸素吸蔵合金は存在しないというのが現状である。酸素分子は、金属表面で酸素原子に分解されて金属中に溶け込むが、室温付近で金属中の窒素や酸素原子の移動速度が水素に比べて格段に低いため、水素のように吸収されることは困難である。通常、酸素は、ボンベによる貯蔵あるいは液体化がなされている。
【０００４】
そこで、本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、酸素を吸収あるいは放出する酸素吸蔵合金を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係る酸素吸蔵合金は、低抵抗の主成分と高抵抗の添加物で組成された多結晶質の酸化物からなり、酸素イオンの移動速度が速い低抵抗酸化物の空乏層と、二つの空乏層間に存在して前記酸素イオンの移動速度が速い高抵抗酸化物の粒界層とが前記酸化物内部で形成されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明の酸素吸蔵合金を構成する多結晶質の酸化物は、主成分としてＺｎＯ、添加物としてＢｉ2Ｏ3を含み、ＺｎＯ粒子の空乏層とＢｉ2Ｏ3の粒界層で組成されていることが望ましい。
【０００７】
本発明では、多結晶質の酸化物を組成する空乏層と粒界層が共に酸素イオンの移動速度が速いことから、電圧の印加により酸素を放出させ、また、無電圧により酸素を吸収させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る酸素吸蔵合金では、低抵抗の主成分と高抵抗の添加物で組成された多結晶質の酸化物からなり、酸素イオンの移動速度が速い低抵抗酸化物の空乏層と、二つの空乏層間に存在して酸素イオンの移動速度が速い高抵抗酸化物の粒界層とが酸化物内部で形成されていることにより、電圧の印加により酸素を放出させ、無電圧により酸素を吸収させることができる。これにより、多結晶質の酸化物合金を酸素吸蔵用途に適用することができ、その実用的価値は大きい。
【０００９】
例えば、海中、宇宙などで酸素を必要とし空気のない所で、酸素ボンベの代わりに酸素吸蔵合金を使用することができ、水素吸蔵合金に見られるように酸素をコンパクトに貯蔵できる可能性があると共に燃料電池などの各方面で利用できる可能性がある。また、ＣＯ2やＮＯｘなどの酸化ガスの吸収、つまり還元作用による酸化ガスの浄化にも利用できる可能性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る酸素吸蔵合金の実施形態を以下に詳述する。
【００１１】
この実施形態の酸素吸蔵合金は、低抵抗の主成分としてのＺｎＯ（酸化亜鉛）と、高抵抗の添加物としてのＢｉ2Ｏ3（酸化ビスマス）、ＣｏＯ（酸化コバルト）、Ｃｒ2Ｏ3（酸化クロム）、ＭｎＯ（酸化マンガン）、Ｓｂ2Ｏ3（酸化アンチモン）等で組成された多結晶質の酸化物からなり、混合、造粒、成形および焼成の各工程を経て製造されるセラミックスである。
【００１２】
例えば、主成分のＺｎＯを９６．４モル％、添加物のＢｉ2Ｏ3を１．０モル％、ＣｏＯを１．０モル％、Ｃｒ2Ｏ3を０．１モル％、ＭｎＯを０．５モル％、Ｓｂ2Ｏ3を１．０モル％の原料を２４時間湿式粉砕で混合し、その混合物を乾燥させて４００ｋｇ／ｃｍ2圧力で円板状になるまでプレスし、その圧縮物を大気中で２時間１２５０℃で焼結させることにより製造することができる。
【００１３】
図１および図２は、酸素吸蔵合金内部の電位障壁の模式図であり、酸素吸蔵合金は、酸素イオンの移動速度が速い低抵抗酸化物であるＺｎＯ粒子の空乏層と、二つの空乏層間に存在して酸素イオンの移動速度が速い高抵抗酸化物であるＢｉ2Ｏ3の粒界層とで形成されている。この酸素吸蔵合金では、電圧の印加により酸素を放出し、無電圧により酸素を吸収する。図１は、電圧印加中における酸素吸蔵合金内部を示し、図２は、無電圧中における酸素吸蔵合金内部を示す。
【００１４】
電圧印加中では、図１に示すようにその電圧印加による電界によって、酸素イオンが界面近傍に集まり濃度（圧力）が高くなり、外部圧力とで圧力差が生じるため、酸素イオンは、粒界層の境界面に沿って外部へ気化すると同時に、電気的中性を保つために電子がトラップし電位障壁は上がる。
【００１５】
逆に、無電圧中では、図２に示すように電圧印加による電界がなくなるので、酸素イオンは離散して元の電圧印加前の状態に戻るため、濃度（圧力）が下がる。そのため、外部圧力とで圧力差が生じ、酸素イオンは外部から吸引されると同時に、粒界層の境界面にトラップした電子は電気的拘束が解かれてその境界面から離れて電位障壁は下がる。
【００１６】
なお、亜鉛イオンについては、電圧印加中、強制的に粒界層の界面方向へ拡散し、無電圧になると、粒界層の界面方向と反対方向へ拡散して元の状態に戻る。
【００１７】
この酸素吸蔵合金について、密閉性の高い恒温槽内に設置することにより合金温度を一定（例えば６０℃）に保持した状態で、電圧印加と無電圧を繰り返す試験を行った。この試験では、恒温槽内に設置された円板状の酸素吸蔵合金について、その両端に取り付けれた電極を介して、ＡＣ電圧（約３ｋＶ）の印加と無電圧を繰り返した。
【００１８】
このＡＣ電圧の印加によって酸素イオンが気化（蒸発）すると前述したように電位障壁が高くなるため（図１参照）、酸素イオンが外部へ放出されることにより、図３に示すように酸素吸蔵合金に流れる抵抗漏れ電流は電圧印加時間に対して指数関数的に低下する。
【００１９】
一方、無電圧によって酸素イオンが吸収されると電位障壁が下がるため（図２参照）、酸素イオンが吸収されることにより、図４に示すように無電圧期間の終了直後にＡＣ電圧を再度印加したときの抵抗漏れ電流の初期値は指数関数的に上昇する。
【００２０】
以上のように、空乏層および粒界層での酸素イオンの移動速度が速いことにより、電圧印加中には酸素イオンが外部に放出され、無電圧中には酸素イオンが内部へ吸収される。この酸素イオンが放出あるいは吸収されていることは、図３および図４に示す抵抗漏れ電流の低下あるいは上昇から明らかである。
【００２１】
なお、酸素吸蔵合金に印加する電圧を増加させれば、酸素イオンの放出量が増加するが、酸素吸蔵合金に加える外部圧力を下げることによっても酸素イオンの放出量を増加させることができる。そのため、酸素イオンの放出の際に圧力および電圧制御も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態で、電圧印加中における酸素吸蔵合金の内部の電位障壁を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態で、無電圧中における酸素吸蔵合金の内部の電位障壁を示す模式図である。
【図３】電圧印加時間に対する抵抗漏れ電流の関係を示す特性図である。
【図４】無電圧時間に対する再印加時の抵抗漏れ電流の初期値の関係を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  酸素吸蔵合金
【図１】
2007015903.tif 000002
【図２】
2007015903.tif 000003
【図３】
2007015903.tif 000004
【図４】
2007015903.tif 000005