バルクメカニカルアロイングによる水素吸蔵合金の組織形態変化と水素吸放出特性

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650725
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 中野 博昭 東海大学, 開発工学部, 教授 (60056330)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久慈 俊郎 三井金属鉱業株式会社, 総合研究所, 主任研究員 ; 相澤 龍彦 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10134660) ; 内田 裕久 東海大学, 工学部, 教授 (20147119)
• Keywords: 水素吸蔵合金 / メカニカルアロイング / 水素化物電極 / 水素吸放出特性

Research Abstract

上記の研究課題名の研究の基礎データとして、AB_5系およびAB_2ラーベス相合金の乳鉢粉砕による粒子径と電気化学的特性(1.電気化学的吸蔵水素量、17-900mA/gでの放電容量;2.電気化学的方法による熱カ学量;3.300mA/gでの活性化速度,以下これらを特性1,2,3と記す)の関係を明らかにした。
AB_5系合金としてMm(Ni_<0.76>Co_<0.07>Mn_<0.04>Al_<0.06>Fe_<0.07>)_<5.4>を、AB_2系合金としてZr_<0.65>Ti_<0.35>(V_<0.10>Ni_<0.57>Mn_<0.28>Co_<0.05>)_<1.82>を74μm(200mesh)-37μm(400mesh)以下に乳鉢で粉砕して、特性1および2の測定には、合金粉末:Ni粉末:PTFEの混合比が72:24:4のものを、特性3の測定には、86.4:9.6:4のものをポケットタイプ(サイズ:20x20x1mm)電極にして用いた。
特性1:AB_5系合金では、電気化学的吸蔵水素量は、粒径によらず315-325mAh/gの範囲であった。17-900mA/gの範囲での電流密度に対する放電容量は、電流密度の増加に伴って放電容量が近似的に直線的に減少する傾向を示した。この傾き(放電容量/電流密度)は-0.118- -0.179であり、粒径の減少に伴って傾きが小さくなり特性が向上する傾向が見られた。一方、AB_2系合金では、吸蔵水素量は376-397mAh/gであり、17-300mA/gの範囲での電流密度に対する放電容量は、電流密度の増加に伴って放電容量が近似的に直線的に減少する傾向を示したが、600mA/g以上での容量は直線を下回った。直線が成立する部分での傾きは-0.104- -0.199の範囲であり、粒径が小さくなるにつれて特性が悪くなる傾向を示した。特性2:水素化物生成エンタルピーは、AB_5系合金では-△H=39.7-40.4kJ/molH_2の範囲に、AB_2系合金では、-△H=38.3-38.5kJ/molH_2の範囲にあり、いずれも粒径によらず一定であった。特性3:最大放電容量の80%の容量に達するまでのサイクル数を活性化の目安とすると、AB_5系では粒径の微細化に伴って活性化が遅くなるが、AB_2系では逆に速くなる傾向が見られた。現在、BMAとボールミルによる組織形態変化が上記特性および気相反応特性に及ぼす影響について合金の種類を大幅に増やして検討している。