水素吸蔵合金
水素には自由電子を伴う金属結合内に容易に侵入する性質がある。その結果、全ての金属は水素の溶存や侵入により、凝固時に気泡の混入や強度の劣化問題(水素脆性)という性質が知られている。この現象に対して金属加工メーカーではそれぞれ水素除去の対策がなされている。この水素が金属に侵入し蓄積し易い性質を利用し、合金の組成を最適化して水素の貯蔵を目的とした水素吸蔵合金(すいそきゅうぞうごうきん、hydrogen absorbing alloy)が開発された。水素貯蔵合金とも呼ばれる。※(水素吸蔵合金はタンクの様な出し入れの容易さはなく、開発された合金の多くが水素取出し困難か一部のみ取出し可能であり、金属の質量も伴う為、実用化には多くの問題が存在する。)
水素吸蔵合金の原理は固溶現象と化学的結合の二つに大別される。
水素の吸蔵と放出を両立させるためには、まず結晶構造中に水素の入れる空隙があり、その位置で水素原子がある程度安定に存在することができ、なおかつその位置から水素が動けなければ(出られなければ)ならない。これらの観点から合金の結晶構造、ならびに電子状態を最適化するために、比較的空隙の多い結晶構造をもち、なおかつ触媒作用を持つような元素を含む合金が各種開発されている。
固溶現象とは、固体結晶中に他の元素が入り込み、結晶を構成する原子の間、あるいは結晶を構成する原子と置き換わるかたちで安定な位置を占めることを指す。特に前者を侵入型固溶、後者を置換型固溶と称するが、水素吸蔵合金の場合は、水素と合金で前者の侵入型固溶体を形成させる。
V系合金やMg基合金以外は重く、車載などの目的には適さない。また、水素吸蔵放出の過程で反応に伴う熱の出入りがあり、これを積極的に活用した例(ヒートポンプなど)もあるものの、水素吸蔵放出時の伝熱効率の向上が未だ問題点として存在する。さらには、合金に使用される希土類元素や触媒元素が高価、かつ資源量に乏しいこと、リサイクルが容易でない、水素吸蔵放出を繰り返すと脆化して(水素脆化)吸蔵率が低下するなどの問題がある。