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公開番号2025119132
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-14
出願番号2024013825
出願日2024-02-01
発明の名称水素発生合金、水素発生合金の使用方法、マグネシウム電池用負極材、発電用水素発生剤、水素吸蔵合金及びポーラス金属材
出願人国立大学法人千葉大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C22C 23/00 20060101AFI20250806BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】水素発生の反応速度が大きい水素発生合金、水素発生合金の使用方法、マグネシウム電池用負極材、発電用水素発生剤、水素吸蔵合金及びポーラス金属材を提供する。
【解決手段】化学組成が、質量%で、In,Liから選択される1種以上の金属:0.1質量%以上、Ga:0.1質量%以上、並びに残部:Mg及び不純物からなり、金属組織が、In,Liから選択される1種以上の金属が固溶されたMg固溶体、Mg-In固溶体及びLi固溶体のいずれかである母相と、In,Liから選択される1種以上の金属が固溶された第二相Mg₅Ga₂相と、からなるラメラ組織を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
化学組成が、質量％で、Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属：０．１質量％以上、Ｇａ：０．１質量％以上、並びに残部：Ｍｇ及び不純物からなり、
金属組織が、前記Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属が固溶されたＭｇ固溶体、Ｍｇ－Ｉｎ固溶体及びＬｉ固溶体のいずれかである母相と、前記Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属が固溶された第二相Ｍｇ
５
Ｇａ
２
相と、からなるラメラ組織を含むことを特徴とする水素発生合金。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記第二相Ｍｇ
５
Ｇａ
２
相が固溶体化されていることを特徴とする請求項１に記載の水素発生合金。
【請求項３】
前記Ｍｇの一部に代えて、Ｎｉ，Ｃａ，Ｃｕ及びＳｎからなる群から選択される１種以上の金属を合計で０．０１～１質量％含有することを特徴とする請求項１または２に記載の水素発生合金。
【請求項４】
前記ラメラ組織における前記母相及び前記第二相Ｍｇ
５
Ｇａ
２
相の厚さが、いずれも５０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の水素発生合金。
【請求項５】
前記金属組織が、前記ラメラ組織のみからなることを特徴とする請求項１または２に記載の水素発生合金。
【請求項６】
化学組成が、質量％で、Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属：０．１質量％以上、Ｇａ：０．１質量％以上、並びに残部：Ｍｇ及び不純物からなり、
金属組織が、前記Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属が固溶されたＭｇ固溶体、Ｍｇ－Ｉｎ固溶体及びＬｉ固溶体のいずれかである母相と、前記Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属が固溶された第二相Ｍｇ
５
Ｇａ
２
相と、からなるラメラ組織を含む水素発生合金の使用方法であって、
前記水素発生合金を加熱することにより、前記第二相Ｍｇ
５
Ｇａ
２
相を固溶体化させる熱処理工程と、
前記熱処理工程が行われた前記水素発生合金を加熱することにより、前記ラメラ組織を再生させる焼き戻し工程と、を備えることを特徴とする水素発生合金の使用方法。
【請求項７】
化学組成が、質量％で、Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属：０．１質量％以上、Ｇａ：０．１質量％以上、並びに残部：Ｍｇ及び不純物からなり、
金属組織が、前記Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属が固溶されたＭｇ固溶体、Ｍｇ－Ｉｎ固溶体及びＬｉ固溶体のいずれかである母相と、前記Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属が固溶された第二相Ｍｇ
５
Ｇａ
２
相と、からなるラメラ組織を含むことを特徴とするマグネシウム電池用負極材。
【請求項８】
化学組成が、質量％で、Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属：０．１質量％以上、Ｇａ：０．１質量％以上、並びに残部：Ｍｇ及び不純物からなり、
金属組織が、前記Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属が固溶されたＭｇ固溶体、Ｍｇ－Ｉｎ固溶体及びＬｉ固溶体のいずれかである母相と、前記Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属が固溶された第二相Ｍｇ
５
Ｇａ
２
相と、からなるラメラ組織を含むことを特徴とする発電用水素発生剤。
【請求項９】
化学組成が、質量％で、Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属：０．１質量％以上、Ｇａ：０．１質量％以上、並びに残部：Ｍｇ及び不純物からなり、
金属組織が、前記Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属が固溶されたＭｇ固溶体、Ｍｇ－Ｉｎ固溶体及びＬｉ固溶体のいずれかである母相と、前記Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属が固溶された第二相Ｍｇ
５
Ｇａ
２
相と、からなるラメラ組織を含むことを特徴とする水素吸蔵合金。
【請求項１０】
化学組成が、質量％で、Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属：０．１質量％以上、Ｇａ：０．１質量％以上、並びに残部：Ｍｇ及び不純物からなり、
金属組織が、前記Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属が固溶されたＭｇ固溶体、Ｍｇ－Ｉｎ固溶体及びＬｉ固溶体のいずれかである母相と、前記Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属が固溶された第二相Ｍｇ
５
Ｇａ
２
相と、からなるラメラ組織を含むことを特徴とするポーラス金属材。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、加水分解反応により水素を発生させる水素発生合金、水素発生合金の使用方法、マグネシウム電池用負極材、発電用水素発生剤、水素吸蔵合金及びポーラス金属材に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素排出規制によって化石燃料の使用量削減が求められている。化石燃料に代わる次世代の燃料として、酸化や燃焼により二酸化炭素を放出しない水素が注目されている。
【０００３】
工業用の水素の製造方法としては、多大な電力消費を伴う水の電気分解法や、二酸化炭素の排出を伴う化石燃料の水蒸気改質法が主流であるが、電力消費や二酸化炭素の排出を伴わない水素の製造方法として、金属を用いた加水分解法の研究が進められている。
【０００４】
特許文献１に記載される水素発生合金は、Ｍｇを主とするＭｇ相と、Ｍｇ
２
Ｃａを主とするＭｇ
２
Ｃａ相と、からなるラメラ組織を含む金属組織を有し、加水分解反応により、多量の水素を発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２３－１２５６２４号公報（第６頁～第１１頁、第２図～第６図）
中国特許第１０８１１８２２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の水素発生合金においては、Ｍｇ相とＭｇ
２
Ｃａ相との間で起こるガルバニック腐食において、Ｍｇ
２
Ｃａ相の飽和カロメル電極電位は－１.８５Ｖであり、純Ｍｇの飽和カロメル電極電位－１.６４Ｖと比較して電位差が小さいことに起因して、１分あたりの水素発生量が０．３６ｍｌ／ｇと反応速度が小さいという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２に記載される水素発生合金は、鋳造時における機械的振動と磁場印加により、結晶組織（結晶粒）が微細化された高強度のＭｇ－Ｉｎ－Ｇａ系合金として製造されるものであるが、加水分解反応の起点となるラメラ組織を有していないため、水素発生の反応速度が小さいという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、水素発生の反応速度が大きい水素発生合金、水素発生合金の使用方法、マグネシウム電池用負極材、発電用水素発生剤、水素吸蔵合金及びポーラス金属材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の水素発生合金は、
化学組成が、質量％で、Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属：０．１質量％以上、Ｇａ：０．１質量％以上、並びに残部：Ｍｇ及び不純物からなり、
金属組織が、前記Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属が固溶されたＭｇ固溶体、Ｍｇ－Ｉｎ固溶体及びＬｉ固溶体のいずれかである母相と、前記Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属が固溶された第二相Ｍｇ
５
Ｇａ
２
相と、からなるラメラ組織を含むことを特徴としている。
この特徴によれば、Ｉｎ，Ｌｉから選択される１種以上の金属が母相及び第二相Ｍｇ
５
Ｇａ
２
相に固溶されていることにより、母相と第二相Ｍｇ
５
Ｇａ
２
相間の電位差が大きく、加水分解反応による水素発生の反応速度が大きい水素発生合金を提供できる。
【００１０】
前記第二相Ｍｇ
５
Ｇａ
２
相が固溶体化されていることを特徴としている。
この特徴によれば、熱処理によって金属間化合物であるＭｇ
５
Ｇａ
２
の生成を制御する、すなわち第二相Ｍｇ
５
Ｇａ
２
相が固溶体化されていることにより、加水分解反応による水素発生が抑えられるため、水素発生合金の保存性を向上させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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