Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4665656B2 - Hydrogen permeable membrane and method for producing hydrogen permeable membrane - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4665656B2 - Hydrogen permeable membrane and method for producing hydrogen permeable membrane - Google Patents

Hydrogen permeable membrane and method for producing hydrogen permeable membrane Download PDF

Info

Publication number
JP4665656B2
JP4665656B2 JP2005231510A JP2005231510A JP4665656B2 JP 4665656 B2 JP4665656 B2 JP 4665656B2 JP 2005231510 A JP2005231510 A JP 2005231510A JP 2005231510 A JP2005231510 A JP 2005231510A JP 4665656 B2 JP4665656 B2 JP 4665656B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
permeable membrane
metal
hydrogen permeable
layer
producing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005231510A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007044622A (en
Inventor
智 青山
直樹 伊藤
憲治 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2005231510A priority Critical patent/JP4665656B2/en
Publication of JP2007044622A publication Critical patent/JP2007044622A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4665656B2 publication Critical patent/JP4665656B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

この発明は、水素を選択的に透過させる水素透過膜および水素透過膜の製造方法に関する。   The present invention relates to a hydrogen permeable membrane that selectively permeates hydrogen and a method for manufacturing the hydrogen permeable membrane.

水素含有ガスから水素を抽出するために、従来、パラジウム(Pd)から成る水素透過性金属を含む水素透過膜が用いられてきた。このような水素透過膜として、水素透過性能の高い金属(例えば、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、バナジウム(V))から成る金属層の表面に、Pdを含有する金属層を設け、多層構造とすることによって性能向上を図った水素透過膜が知られている(例えば、特許文献1参照)。   In order to extract hydrogen from a hydrogen-containing gas, a hydrogen permeable membrane containing a hydrogen permeable metal made of palladium (Pd) has been conventionally used. As such a hydrogen permeable membrane, a metal layer containing Pd is provided on the surface of a metal layer made of a metal having high hydrogen permeable performance (for example, niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V)). A hydrogen permeable membrane whose performance is improved by adopting a structure is known (for example, see Patent Document 1).

特開平11−276866号公報JP-A-11-276866 特開平7−185277号公報JP-A-7-185277

しかしながら、上記多層構造を有する水素透過膜は、所定の高温条件下で使用すると、水素透過性能が次第に低下するという問題があった。このような問題は、例えば、水素透過膜の表面に設けたPd層を介して水素透過膜内部に酸素が入りこみ、水素透過膜内部の上記水素透過性能の高い金属から成る層を構成する金属が酸化されることにより起こると考えられる。あるいは、このような問題は、上記水素透過性能の高い金属から成る層を構成する金属や、この金属の酸化物が、上記Pdを含有する金属層内を拡散して、Pdを含有する金属層の表面に到達することにより起こると考えられる。   However, the hydrogen permeable membrane having the multilayer structure has a problem that the hydrogen permeation performance is gradually lowered when used under a predetermined high temperature condition. Such a problem is caused by, for example, oxygen entering the hydrogen permeable membrane through the Pd layer provided on the surface of the hydrogen permeable membrane, and the metal constituting the metal layer having the high hydrogen permeable performance inside the hydrogen permeable membrane. It is thought to occur by being oxidized. Alternatively, such a problem is that the metal constituting the layer made of the metal having high hydrogen permeation performance or the metal oxide diffuses in the metal layer containing Pd, and the metal layer containing Pd. It is thought to occur by reaching the surface of

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、水素透過膜における性能低下を抑制することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to suppress performance deterioration in the hydrogen permeable membrane.

上記目的を達成するために、本発明の第1の水素透過膜の製造方法は、
(a)5族金属と、酸化、窒化あるいは炭化され得る第2の成分とを含有する金属ベース層を用意する第1工程と、
(b)前記金属ベース層の表面上に所定の金属層を成膜して多層構造を形成する工程であって、前記多層構造の表面にはパラジウム(Pd)を含有する金属被覆層を形成する第2工程と、
(c)前記第2成分を酸化、窒化あるいは炭化させる緻密化工程である第3工程と
を備えることを要旨とする。
In order to achieve the above object, a method for producing a first hydrogen permeable membrane of the present invention comprises:
(A) a first step of preparing a metal base layer containing a Group 5 metal and a second component that can be oxidized, nitrided or carbonized;
(B) forming a multilayer structure by forming a predetermined metal layer on the surface of the metal base layer, and forming a metal coating layer containing palladium (Pd) on the surface of the multilayer structure. A second step;
And (c) a third step which is a densification step of oxidizing, nitriding or carbonizing the second component.

以上のように構成された本発明の第1の水素透過膜の製造方法によれば、金属ベース層が含有する第2の成分を酸化、窒化あるいは炭化させることで、金属ベース層において、緻密な酸化物、窒化物あるいは炭化物を形成させることができる。したがって、このような緻密な酸化物、窒化物あるいは炭化物によって、金属ベース層への酸素の侵入を抑制することで、金属ベース層を構成する5族金属の酸化を抑えることができる。これにより、5族金属の酸化に起因する水素透過膜の性能低下を抑制することができる。また、緻密な酸化物、窒化物あるいは炭化物を形成することによって、金属ベース層を構成する5族金属や、この5族金属の酸化物の、金属被覆層側への移動を抑制することができる。したがって、上記5族金属や5族金属の酸化物が水素透過膜表面に到達することに起因する水素透過膜の性能低下を抑えることができる。   According to the first method for producing a hydrogen permeable membrane of the present invention configured as described above, the second component contained in the metal base layer is oxidized, nitrided, or carbonized, so that the metal base layer has a dense structure. Oxides, nitrides or carbides can be formed. Therefore, by suppressing entry of oxygen into the metal base layer with such a dense oxide, nitride, or carbide, oxidation of the Group 5 metal constituting the metal base layer can be suppressed. Thereby, the performance fall of the hydrogen permeable film resulting from oxidation of a group 5 metal can be suppressed. Further, by forming a dense oxide, nitride or carbide, it is possible to suppress the movement of the Group 5 metal constituting the metal base layer and the oxide of this Group 5 metal to the metal coating layer side. . Therefore, it is possible to suppress the degradation of the performance of the hydrogen permeable membrane caused by the Group 5 metal or Group 5 metal oxide reaching the surface of the hydrogen permeable membrane.

本発明の第1の水素透過膜の製造方法において、
前記第1工程で用意する前記金属ベース層は、前記金属ベース層の表面を含む限られた領域のみに前記第2の成分を備えることとしても良い。
In the first method for producing a hydrogen permeable membrane of the present invention,
The metal base layer prepared in the first step may include the second component only in a limited region including the surface of the metal base layer.

このような構成とすれば、第2の成分を備えることに起因する金属ベース層における水素透過性能の低下を抑制することができる。   With such a configuration, it is possible to suppress a decrease in hydrogen permeation performance in the metal base layer resulting from the provision of the second component.

本発明の第1の水素透過膜の製造方法において、
前記第3工程は、前記第2工程において、前記金属ベース層上に前記所定の金属層を成膜する際に、前記所定の金属層の少なくとも一部の層を形成した後に、前記第2成分を酸化、窒化あるいは炭化させる工程であることとしても良い。
In the first method for producing a hydrogen permeable membrane of the present invention,
In the second step, when forming the predetermined metal layer on the metal base layer in the second step, the second component is formed after forming at least a part of the predetermined metal layer. It is good also as a process of oxidizing, nitriding or carbonizing.

このような構成とすれば、金属ベース層の表面において、所定の金属層の少なくとも一部が有する結晶構造上の間隙に対応する位置に、酸化物、窒化物あるいは炭化物が形成される。したがって、酸化物、窒化物あるいは炭化物を形成することに起因する水素透過膜の性能低下を抑制することができる。   With such a configuration, oxide, nitride, or carbide is formed on the surface of the metal base layer at a position corresponding to the gap on the crystal structure of at least a part of the predetermined metal layer. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the performance of the hydrogen permeable membrane due to the formation of oxides, nitrides or carbides.

本発明の第2の水素透過膜の製造方法は、
(a)5族金属を含有する金属ベース層を用意する第1工程と、
(b)前記金属ベース層上に、酸化、窒化あるいは炭化され得る第2の成分を含有する中間層を形成する第2工程と、
(c)前記中間層上に、パラジウム(Pd)を含有する金属被覆層を形成する第3工程と、
(d)前記第2成分を酸化、窒化あるいは炭化させる緻密化工程である第4工程と
を備えることを要旨とする。
The second method for producing a hydrogen permeable membrane of the present invention is as follows.
(A) a first step of preparing a metal base layer containing a Group 5 metal;
(B) a second step of forming an intermediate layer containing a second component that can be oxidized, nitrided or carbonized on the metal base layer;
(C) a third step of forming a metal coating layer containing palladium (Pd) on the intermediate layer;
(D) A fourth step is a densification step of oxidizing, nitriding or carbonizing the second component.

以上のように構成された本発明の第2の水素透過膜の製造方法によれば、中間層に含有された第2の成分を酸化、窒化あるいは炭化させることで、中間層において、緻密な酸化物、窒化物あるいは炭化物を形成させることができる。したがって、このような緻密な酸化物、窒化物あるいは炭化物によって、金属ベース層への酸素の侵入を抑制し、金属ベース層を構成する5族金属の酸化を抑えることができる。これにより、5族金属の酸化に起因する水素透過膜の性能低下を抑制することができる。また、緻密な酸化物、窒化物あるいは炭化物によって、金属ベース層を構成する5族金属や、この5族金属の酸化物の、金属被覆層側への移動を抑制することができる。したがって、上記5族金属や5族金属の酸化物が水素透過膜表面に到達することに起因する水素透過膜の性能低下を抑えることができる。   According to the second method for producing a hydrogen permeable membrane of the present invention configured as described above, the second component contained in the intermediate layer is oxidized, nitrided, or carbonized, so that the intermediate layer is densely oxidized. , Nitrides or carbides can be formed. Therefore, such dense oxides, nitrides or carbides can suppress the intrusion of oxygen into the metal base layer and suppress the oxidation of the group 5 metal constituting the metal base layer. Thereby, the performance fall of the hydrogen permeable film resulting from oxidation of a group 5 metal can be suppressed. Moreover, the movement of the Group 5 metal constituting the metal base layer and the oxide of this Group 5 metal to the metal coating layer side can be suppressed by a dense oxide, nitride, or carbide. Therefore, it is possible to suppress the degradation of the performance of the hydrogen permeable membrane caused by the Group 5 metal or Group 5 metal oxide reaching the surface of the hydrogen permeable membrane.

本発明の第2の水素透過膜の製造方法において、
前記第2工程で形成する前記中間層は、前記第2の成分に加えて、前記金属ベース層および前記金属被覆層よりも融点が高い高融点金属をさらに備えることとしても良い。
In the second method for producing a hydrogen permeable membrane of the present invention,
In addition to the second component, the intermediate layer formed in the second step may further include a refractory metal having a melting point higher than that of the metal base layer and the metal coating layer.

このような構成とすれば、中間層を設けることによって水素透過膜内における金属拡散を抑える効果を高めることができる。   With such a configuration, the effect of suppressing metal diffusion in the hydrogen permeable membrane can be enhanced by providing the intermediate layer.

このような本発明の第2の水素透過膜の製造方法において、
前記第2工程は、前記金属ベース層側に配置される第1の層と、前記金属被覆層側に配置される第2の層とから成る前記中間層を形成する工程であり、
前記第1の層は、前記第2の層に比べて、前記高融点金属の含有割合が高く、前記第2の成分の含有割合が低いこととしても良い。
In the second method for producing a hydrogen permeable membrane of the present invention,
The second step is a step of forming the intermediate layer composed of a first layer disposed on the metal base layer side and a second layer disposed on the metal coating layer side,
The first layer may have a higher content of the refractory metal and a lower content of the second component than the second layer.

このようにして製造した水素透過膜では、第1の層によって金属拡散を抑制することができる。また、第2の層によって、中間層内への酸素の侵入を抑制すると共に、金属ベース層を構成する5族金属や、この5族金属の酸化物の、金属被覆層側への移動を抑制することができる。   In the hydrogen permeable membrane thus manufactured, metal diffusion can be suppressed by the first layer. The second layer suppresses oxygen from entering the intermediate layer and suppresses movement of the Group 5 metal constituting the metal base layer and the oxide of the Group 5 metal toward the metal coating layer. can do.

上記した本発明の第2の水素透過膜の製造方法において、
前記第4の工程は、前記第3の工程の後に、前記第2成分を酸化、窒化あるいは炭化させる工程であることとしても良い。
In the above-described second method for producing a hydrogen permeable membrane of the present invention,
The fourth step may be a step of oxidizing, nitriding or carbonizing the second component after the third step.

このような構成とすれば、中間層において、金属被覆層が有する結晶構造上の間隙に対応する位置に、酸化物、窒化物あるいは炭化物が形成される。したがって、酸化物、窒化物あるいは炭化物を形成することに起因する水素透過膜の性能低下を抑制することができる。   With such a configuration, oxide, nitride, or carbide is formed in the intermediate layer at a position corresponding to the gap on the crystal structure of the metal coating layer. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the performance of the hydrogen permeable membrane due to the formation of oxides, nitrides or carbides.

本発明の第1または第2の水素透過膜の製造方法において、
前記第2の成分は、クロム(Cr),アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),鉄(Fe),銅(Cu),モリブデン(Mo),ジルコニウム(Zr)から選択される元素であり、
前記緻密化工程は、前記第2の成分を酸化させる工程であることとしても良い。
In the method for producing the first or second hydrogen permeable membrane of the present invention,
The second component is selected from chromium (Cr), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), iron (Fe), copper (Cu), molybdenum (Mo), and zirconium (Zr). Element,
The densification step may be a step of oxidizing the second component.

このような構成とすれば、上記した第2の成分を用いることによって、より緻密な酸化物を形成することができ、酸素の侵入や、5族金属及びその酸化物の移動を抑制する効果を高めることができる。   With such a configuration, a denser oxide can be formed by using the second component described above, and the effect of suppressing the intrusion of oxygen and the movement of the Group 5 metal and its oxide can be achieved. Can be increased.

本発明の第1または第2の水素透過膜の製造方法において、
前記第2の成分は、前記5族金属の酸化物の融点よりも高い融点を有する複合酸化物を前記5族金属と共に形成する元素であり、
前記緻密化工程は、前記第2成分を酸化させる工程であることとしても良い。
In the method for producing the first or second hydrogen permeable membrane of the present invention,
The second component is an element that forms, together with the Group 5 metal, a composite oxide having a melting point higher than the melting point of the Group 5 metal oxide,
The densification step may be a step of oxidizing the second component.

このような構成とすれば、第2の成分が酸化して得られる酸化物が、5族金属の融点よりも高い融点を有する複合酸化物であるため、酸素の侵入や、5族金属及びその酸化物の移動を抑制する効果を高めることができる。このような融点の高い複合酸化物を形成する第2の成分としては、例えば、クロム(Cr),マグネシウム(Mg),カルシウム(Ca)から選択される元素を用いることができる。   With such a configuration, the oxide obtained by oxidizing the second component is a complex oxide having a melting point higher than that of the Group 5 metal. The effect of suppressing the movement of the oxide can be enhanced. As the second component forming such a complex oxide having a high melting point, for example, an element selected from chromium (Cr), magnesium (Mg), and calcium (Ca) can be used.

本発明の第1の水素透過膜の製造方法において、
前記第2の成分は、前記5族金属よりも酸化されやすい元素であることとしても良い。
In the first method for producing a hydrogen permeable membrane of the present invention,
The second component may be an element that is more easily oxidized than the Group 5 metal.

このような構成とすれば、金属ベース層において、第2の成分が5族金属に優先して酸化されるため、5族金属の酸化に起因する水素透過膜の性能低下を抑制することができる。第2の成分として用いることができる5族金属よりも酸化されやすい金属としては、例えば、アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),ジルコニウム(Zr),タンタル(Ta),ガドリニウム(Gd),ニオブ(Nb),タングステン(W),セリウム(Ce),イットリウム(Y),イッテルビウム(Yb),ネオジム(Nd),プラセオジム(Pr)から選択される元素を挙げることができる。   With such a configuration, in the metal base layer, the second component is oxidized in preference to the Group 5 metal, so that the performance degradation of the hydrogen permeable membrane due to the oxidation of the Group 5 metal can be suppressed. . Examples of metals that can be oxidized more easily than Group 5 metals that can be used as the second component include aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), zirconium (Zr), tantalum (Ta), and gadolinium ( Examples include elements selected from Gd), niobium (Nb), tungsten (W), cerium (Ce), yttrium (Y), ytterbium (Yb), neodymium (Nd), and praseodymium (Pr).

本発明の第1または第2の水素透過膜の製造方法において、
前記第2の成分は、クロム(Cr),アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),鉄(Fe)から選択される元素であり、
前記緻密化工程は、前記第2の成分を窒化させる工程であることとしても良い。
In the method for producing the first or second hydrogen permeable membrane of the present invention,
The second component is an element selected from chromium (Cr), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), iron (Fe),
The densification step may be a step of nitriding the second component.

このような構成とすれば、上記した第2の成分を用いることによって、より緻密な窒化物を形成することができ、酸素の侵入や、5族金属及びその酸化物の移動を抑制する効果を高めることができる。   With such a configuration, a denser nitride can be formed by using the above-described second component, and the effect of suppressing the intrusion of oxygen and the movement of the Group 5 metal and its oxide can be achieved. Can be increased.

本発明の第1の水素透過膜の製造方法において、
前記第2の成分は、前記5族金属よりも窒化されやすい元素であることとしても良い。
In the first method for producing a hydrogen permeable membrane of the present invention,
The second component may be an element that is more easily nitrided than the Group 5 metal.

このような構成とすれば、金属ベース層において、第2の成分が5族金属に優先して窒化されるため、5族金属の窒化に起因する水素透過膜の性能低下を抑制することができる。第2の成分として用いることができる5族金属よりも窒化されやすい金属としては、例えば、アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),ジルコニウム(Zr),マグネシウム(Mg),カルシウム(Ca),ホウ素(B)から選択される元素を挙げることができる。   With such a configuration, in the metal base layer, the second component is nitrided in preference to the Group 5 metal, so that it is possible to suppress the deterioration of the performance of the hydrogen permeable film due to the nitridation of the Group 5 metal. . Examples of metals that can be more easily nitrided than Group 5 metals that can be used as the second component include aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), zirconium (Zr), magnesium (Mg), and calcium ( An element selected from Ca) and boron (B) can be mentioned.

本発明の第1または第2の水素透過膜の製造方法において、
前記第2の成分は、ケイ素(Si)およびチタン(Ti)から選択される元素であり、
前記緻密化工程は、前記第2の成分を炭化させる工程であることとしても良い。
In the method for producing the first or second hydrogen permeable membrane of the present invention,
The second component is an element selected from silicon (Si) and titanium (Ti),
The densification step may be a step of carbonizing the second component.

このような構成とすれば、上記した第2の成分を用いることによって、より緻密な炭化物を形成することができ、酸素の侵入や、5族金属及びその酸化物の移動を抑制する効果を高めることができる。   With such a configuration, a denser carbide can be formed by using the second component described above, and the effect of suppressing the intrusion of oxygen and the movement of the Group 5 metal and its oxide is enhanced. be able to.

本発明の第1の水素透過膜の製造方法において、
前記第2の成分は、前記5族金属よりも炭化されやすい元素であることとしても良い。
In the first method for producing a hydrogen permeable membrane of the present invention,
The second component may be an element that is more easily carbonized than the Group 5 metal.

このような構成とすれば、金属ベース層において、第2の成分が5族金属に優先して炭化されるため、5族金属の炭化に起因する水素透過膜の性能低下を抑制することができる。第2の成分として用いることができる5族金属よりも炭化されやすい金属としては、例えば、クロム(Cr),チタン(Ti),ジルコニウム(Zr),タンタル(Ta),モリブデン(Mo)から選択される元素を挙げることができる。   With such a configuration, since the second component is carbonized in preference to the Group 5 metal in the metal base layer, it is possible to suppress the performance degradation of the hydrogen permeable membrane due to the carbonization of the Group 5 metal. . The metal that is more easily carbonized than the Group 5 metal that can be used as the second component is selected from, for example, chromium (Cr), titanium (Ti), zirconium (Zr), tantalum (Ta), and molybdenum (Mo). Can be mentioned.

本発明の第3の水素透過膜の製造方法は、
(a)5族金属を含有する金属ベース層であって、少なくとも該金属ベース層表面を含む領域に、酸化、窒化あるいは炭化され得る第2の成分を含有する金属ベース層を用意する第1工程と、
(b)前記第2の元素を含有する前記金属ベース層の表面上に、所定の金属層を順次成膜して多層構造を形成する際に、パラジウム(Pd)を含有する金属被覆層を前記多層構造の表面に形成する第2工程と
を備えることを要旨とする。
The third method for producing a hydrogen permeable membrane of the present invention is as follows.
(A) a first step of preparing a metal base layer containing a Group 5 metal, the metal base layer containing a second component which can be oxidized, nitrided or carbonized at least in a region including the surface of the metal base layer When,
(B) When forming a multilayer structure by sequentially forming a predetermined metal layer on the surface of the metal base layer containing the second element, the metal coating layer containing palladium (Pd) And a second step of forming on the surface of the multilayer structure.

以上のように構成された本発明の第3の水素透過膜の製造方法によれば、さらなる酸化、窒化あるいは炭化の処理を行なうことにより、金属ベース層の少なくとも表面において、緻密な酸化物、窒化物あるいは炭化物を形成させることができる。また、水素透過膜の使用環境が、第2の成分について酸化反応、窒化反応あるいは炭化反応の進行し得る環境であれば、水素透過膜の使用中に、上記酸化物、窒化物あるいは炭化物を形成させることができる。したがって、このような緻密な酸化物、窒化物あるいは炭化物によって、金属ベース層への酸素の侵入を抑制し、金属ベース層を構成する5族金属の酸化を抑えることができる。   According to the third method for producing a hydrogen permeable membrane of the present invention configured as described above, by performing further oxidation, nitridation, or carbonization treatment, at least the surface of the metal base layer has a dense oxide, nitridation. Or carbides can be formed. In addition, if the environment in which the hydrogen permeable membrane is used is an environment in which an oxidation reaction, nitridation reaction or carbonization reaction can proceed with respect to the second component, the oxide, nitride or carbide is formed during the use of the hydrogen permeable membrane. Can be made. Therefore, such dense oxides, nitrides or carbides can suppress the intrusion of oxygen into the metal base layer and suppress the oxidation of the group 5 metal constituting the metal base layer.

本発明の第4の水素透過膜の製造方法は、
(a)5族金属を含有する金属ベース層を用意する第1工程と、
(b)前記金属ベース層上に、酸化、窒化あるいは炭化され得る第2の成分を含有する中間層を形成する第2工程と、
(c)前記中間層上に、パラジウム(Pd)を含有する金属被覆層を形成する第3工程と
を備えることを要旨とする。
The fourth method for producing a hydrogen permeable membrane of the present invention is as follows.
(A) a first step of preparing a metal base layer containing a Group 5 metal;
(B) a second step of forming an intermediate layer containing a second component that can be oxidized, nitrided or carbonized on the metal base layer;
And (c) a third step of forming a metal coating layer containing palladium (Pd) on the intermediate layer.

以上のように構成された本発明の第4の水素透過膜の製造方法によれば、さらなる酸化、窒化あるいは炭化の処理を行なうことにより、中間層において、緻密な酸化物、窒化物あるいは炭化物を形成させることができる。また、水素透過膜の使用環境が、第2の成分について酸化反応、窒化反応あるいは炭化反応の進行し得る環境であれば、水素透過膜の使用中に、上記酸化物、窒化物あるいは炭化物を形成させることができる。したがって、このような緻密な酸化物、窒化物あるいは炭化物によって、金属ベース層への酸素の侵入を抑制し、金属ベース層を構成する5族金属の酸化を抑えることができる。   According to the fourth method for producing a hydrogen permeable membrane of the present invention configured as described above, a dense oxide, nitride, or carbide is formed in the intermediate layer by performing further oxidation, nitridation, or carbonization treatment. Can be formed. In addition, if the environment in which the hydrogen permeable membrane is used is an environment in which an oxidation reaction, nitridation reaction or carbonization reaction can proceed with respect to the second component, the oxide, nitride or carbide is formed during the use of the hydrogen permeable membrane. Can be made. Therefore, such dense oxides, nitrides or carbides can suppress the intrusion of oxygen into the metal base layer and suppress the oxidation of the group 5 metal constituting the metal base layer.

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の水素透過膜の製造方法により製造した水素透過膜や、水素透過膜を用いた水素抽出装置あるいは燃料電池などの形態で、実現することが可能である。   The present invention can be realized in various forms other than the above, for example, a form of a hydrogen permeable film manufactured by the method for manufacturing a hydrogen permeable film of the present invention, a hydrogen extraction apparatus using the hydrogen permeable film, a fuel cell, or the like. This can be realized.

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.水素透過膜の構成:
B.第1実施例の水素透過膜の製造方法:
C.第1実施例の変形例:
D.第2実施例:
E.第2実施例の変形例:
F.水素透過膜を用いた装置:
G.変形例:
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Configuration of hydrogen permeable membrane:
B. Production method of the hydrogen permeable membrane of the first embodiment:
C. Modification of the first embodiment:
D. Second embodiment:
E. Modification of the second embodiment:
F. Equipment using hydrogen permeable membrane:
G. Variations:

A.水素透過膜の構成:
図1は、第1実施例である水素透過膜10の構成の概略を表わす断面模式図である。水素透過膜10は、金属ベース層12と、金属ベース層の両面上に形成される中間層14と、各々の中間層14上に形成される金属被覆層16と、から成る5層構造を有している。
A. Configuration of hydrogen permeable membrane:
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an outline of the configuration of a hydrogen permeable membrane 10 according to the first embodiment. The hydrogen permeable membrane 10 has a five-layer structure including a metal base layer 12, an intermediate layer 14 formed on both surfaces of the metal base layer, and a metal coating layer 16 formed on each intermediate layer 14. is doing.

金属ベース層12は、バナジウム(V)、あるいはVを主要な構成成分として50%を越える割合で含むバナジウム合金など、Vを含む金属によって形成されており、優れた水素透過性を示す金属層である。より具体的には、本実施例の金属ベース層12は、Vとクロム(Cr)との合金によって形成されている。なお、本実施例の金属ベース層12は、この金属ベース層12が備える結晶粒界において所定の酸化物を備えることを特徴としているが、金属ベース層12の詳しい構成については後に説明する。   The metal base layer 12 is formed of a metal containing V, such as vanadium (V) or a vanadium alloy containing V as a main component in a proportion exceeding 50%, and is a metal layer exhibiting excellent hydrogen permeability. is there. More specifically, the metal base layer 12 of the present embodiment is formed of an alloy of V and chromium (Cr). The metal base layer 12 of this embodiment is characterized by including a predetermined oxide at a crystal grain boundary included in the metal base layer 12, and the detailed configuration of the metal base layer 12 will be described later.

金属被覆層16は、Pdを主要な構成成分として50%を越える割合で含むパラジウム(Pd)合金など、Pdを含む金属によって形成されている。この金属被覆層16は、水素透過膜の表面における水素分子の解離反応あるいは水素分子への結合反応を促進する活性を有する触媒層として機能する層である。   The metal coating layer 16 is made of a metal containing Pd, such as a palladium (Pd) alloy containing Pd as a main component in a proportion exceeding 50%. The metal coating layer 16 is a layer that functions as a catalyst layer having an activity of promoting the dissociation reaction of hydrogen molecules on the surface of the hydrogen permeable membrane or the binding reaction to hydrogen molecules.

中間層14は、金属ベース層12および金属被覆層16とは異なる組成の水素透過性金属から成る層であって、金属ベース層12と金属被覆層16との間の金属拡散を防止するために設けられる層である。本実施例では、タンタル(Ta)によって中間層14を形成している。   The intermediate layer 14 is a layer made of a hydrogen permeable metal having a composition different from that of the metal base layer 12 and the metal cover layer 16, and prevents metal diffusion between the metal base layer 12 and the metal cover layer 16. It is a layer to be provided. In this embodiment, the intermediate layer 14 is formed of tantalum (Ta).

B.第1実施例の水素透過膜の製造方法:
図2は、水素透過膜10の製造方法を表わす工程図である。水素透過膜10を製造する際には、まず、金属ベース層12となるVを含有する金属層を用意する(ステップS100)。ステップS100で用意する金属層は、例えば、Vを主要な構成成分として、さらにCrを含有する合金の金属塊に対して圧延と焼鈍の工程を繰り返すことにより作製することができる。これにより、全体として結晶構造を有する金属ベース層12が得られる。なお、このステップS100では、用意した金属層の表面をアルカリ溶液でエッチングして、表面に形成された酸化膜等の不純物の除去を行なっている。
B. Production method of the hydrogen permeable membrane of the first embodiment:
FIG. 2 is a process diagram showing a method for manufacturing the hydrogen permeable membrane 10. When manufacturing the hydrogen permeable membrane 10, first, a metal layer containing V to be the metal base layer 12 is prepared (step S100). The metal layer prepared in step S100 can be produced, for example, by repeating the rolling and annealing steps on an alloy ingot containing Cr as a main component and further containing Cr. Thereby, the metal base layer 12 having a crystal structure as a whole is obtained. In step S100, the surface of the prepared metal layer is etched with an alkaline solution to remove impurities such as an oxide film formed on the surface.

ステップS100の次には、用意した金属ベース層12の両面のそれぞれに、Taから成る中間層14を形成する(ステップS110)。中間層14は、例えば、PVD法やCVD法あるいは無電解メッキや電解メッキ等のメッキ処理によって形成することができる。   After step S100, an intermediate layer 14 made of Ta is formed on each of both surfaces of the prepared metal base layer 12 (step S110). The intermediate layer 14 can be formed by, for example, a PVD method, a CVD method, or a plating process such as electroless plating or electrolytic plating.

中間層14を形成すると、次に、それぞれの中間層14上に、Pdを含有する金属被覆層16を形成して(ステップS120)、5層構造を有する積層体を形成する。金属被覆層16は、例えば、PVD法やCVD法あるいは無電解メッキや電解メッキ等のメッキ処理によって形成することができる。   Once the intermediate layer 14 is formed, next, the metal coating layer 16 containing Pd is formed on each intermediate layer 14 (step S120), and a laminate having a five-layer structure is formed. The metal coating layer 16 can be formed by, for example, a PVD method, a CVD method, or a plating process such as electroless plating or electrolytic plating.

金属被覆層16を形成した後に、この金属被覆層16を設けた上記積層体に対して酸化処理を施すと(ステップS130)、金属ベース層12の表面においてCrが酸化されて酸化クロム(Cr)が生じる。また、金属ベース層12を構成するVとさらに反応して、酸化クロムと酸化バナジウムの複合酸化物( ・Cr )が形成される。これによって、水素透過膜10が完成される。ここで、酸化処理とは、例えば、酸化雰囲気下での熱処理とすることができる。すなわち、上記積層体を、高温酸化雰囲気下に晒せばよく、これにより、金属ベース層12に含まれるCrが酸化される。酸化処理を行なう際の温度は、上記積層体を構成する金属の融点未満の温度であればよく、温度を高めることで酸化反応を活発化できるが、酸化処理の際に積層体内で進行する金属拡散が許容できる程度に抑えられる温度に設定することが望ましい。そのため、酸化処理の条件は、例えば、空気中、400〜500℃にて2〜10時間程度とすることができる。なお、ステップS130における酸化処理としては、上記酸化雰囲気下での熱処理の他に、陽極酸化、オゾン熱処理、酸素プラズマ処理によることとしても良い。 After the metal coating layer 16 is formed, if the laminated body provided with the metal coating layer 16 is oxidized (step S130), Cr is oxidized on the surface of the metal base layer 12 and chromium oxide (Cr 2 O 3 ) is produced. Further, it further reacts with V constituting the metal base layer 12 to form a composite oxide of chromium oxide and vanadium oxide ( V 2 O 5 · Cr 2 O 3 ). Thereby, the hydrogen permeable membrane 10 is completed. Here, the oxidation treatment can be, for example, a heat treatment in an oxidizing atmosphere. That is, the laminated body may be exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere, whereby Cr contained in the metal base layer 12 is oxidized. The temperature at which the oxidation treatment is performed may be a temperature lower than the melting point of the metal constituting the laminate, and the oxidation reaction can be activated by increasing the temperature, but the metal that proceeds in the laminate during the oxidation treatment It is desirable to set the temperature so that diffusion is suppressed to an acceptable level. Therefore, the conditions for the oxidation treatment can be, for example, about 2 to 10 hours at 400 to 500 ° C. in the air. Note that the oxidation treatment in step S130 may be anodic oxidation, ozone heat treatment, or oxygen plasma treatment in addition to the heat treatment in the oxidizing atmosphere.

金属ベース層12、中間層14、金属被覆層16は、いずれも結晶構造を有しているため、これらの層を構成する結晶粒間には結晶粒界が形成されている。この結晶粒界は、結晶構造を構成する結晶格子が不連続となる部位であり、結晶構造内に存在する微細な間隙であるといえる。ステップS130において酸化処理を行なうと、積層体の外部から、上記積層体の内部へと酸素が侵入する。このとき、酸素の侵入は、主として各層における上記結晶粒界を含む結晶構造上の間隙を介して行なわれる。金属被覆層16および中間層14の結晶構造上の間隙を介して侵入した酸素は、金属ベース層12の表面に到達すると、金属ベース層12中のCrと反応して酸化クロムを生じさせると共に、さらにVと反応して既述した複合酸化物を生じさせる。図3は、中間層14と接する金属ベース層12表面において酸化物および複合酸化物が形成される様子を模式的に示す断面図である。図3に示すように、金属ベース層12では、中間層14の結晶粒界に対応する位置に、上記酸化物および複合酸化物が形成される。ステップS130の酸化処理の工程を充分に行なうことにより、生じる酸化物のほとんどを複合酸化物とすることができる。このとき、金属ベース層12において酸化クロムおよび複合酸化物が形成される領域では、金属ベース層12を構成する結晶構造が酸化に伴って膨張する。したがって、金属ベース層12と中間層14との接触面においては、中間層14の結晶粒界が、金属ベース層12表面に形成された緻密な酸化物(酸化クロムおよび複合酸化物)によって塞がれた状態となる。   Since the metal base layer 12, the intermediate layer 14, and the metal coating layer 16 all have a crystal structure, a crystal grain boundary is formed between the crystal grains constituting these layers. This crystal grain boundary is a portion where the crystal lattice constituting the crystal structure is discontinuous, and can be said to be a fine gap existing in the crystal structure. When the oxidation treatment is performed in step S130, oxygen enters from the outside of the laminated body into the laminated body. At this time, oxygen enters mainly through gaps on the crystal structure including the crystal grain boundaries in each layer. When oxygen that has entered through the gaps in the crystal structure of the metal coating layer 16 and the intermediate layer 14 reaches the surface of the metal base layer 12, it reacts with Cr in the metal base layer 12 to produce chromium oxide, Furthermore, it reacts with V to produce the composite oxide described above. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing how oxides and composite oxides are formed on the surface of the metal base layer 12 in contact with the intermediate layer 14. As shown in FIG. 3, in the metal base layer 12, the oxide and the composite oxide are formed at positions corresponding to the crystal grain boundaries of the intermediate layer 14. By sufficiently performing the oxidation treatment step in step S130, most of the generated oxide can be made into a composite oxide. At this time, in the region where chromium oxide and composite oxide are formed in the metal base layer 12, the crystal structure constituting the metal base layer 12 expands with oxidation. Therefore, at the contact surface between the metal base layer 12 and the intermediate layer 14, the crystal grain boundary of the intermediate layer 14 is blocked by a dense oxide (chromium oxide and composite oxide) formed on the surface of the metal base layer 12. It will be in the state.

なお、水素透過膜10を製造する際には、用途に基づいて要求される水素透過性能や強度に応じて、各層の厚みを設定すればよい。例えば、金属ベース層は、10〜100μmとすることができる。金属被覆層16は、0.1〜1.0μmとすることができる。金属被覆層16は、既述したように触媒層として機能する層であるため、金属ベース層12に比べて薄くすることができる。また、中間層14は、金属ベース層12と金属被覆層16との間の金属拡散を防止するためにはより厚く形成することが望ましいが、両者の間に介在していれば金属拡散を防止する所定の効果が得られるため、金属被覆層16よりもさらに薄く形成しても良い。そのため、例えば、0.01〜10μm程度の厚みとすることができる。   When the hydrogen permeable membrane 10 is manufactured, the thickness of each layer may be set according to the hydrogen permeation performance and strength required based on the application. For example, the metal base layer can be 10 to 100 μm. The metal coating layer 16 can be 0.1 to 1.0 μm. Since the metal coating layer 16 is a layer that functions as a catalyst layer as described above, it can be made thinner than the metal base layer 12. In addition, the intermediate layer 14 is desirably formed thicker in order to prevent metal diffusion between the metal base layer 12 and the metal coating layer 16, but prevents metal diffusion if interposed between the both. Therefore, it may be formed thinner than the metal coating layer 16. Therefore, for example, the thickness can be about 0.01 to 10 μm.

以上のように構成された本実施例の水素透過膜10によれば、金属ベース層12における中間層14と接する表面であって、中間層14の結晶粒界に対応する位置に、緻密な酸化物、すなわち、複合酸化物を含むCrの酸化物が形成されるため、金属ベース層12内への酸素の侵入を効果的に抑制することができる。金属ベース層12内への酸素の侵入を抑制することで、金属ベース層12を構成するVが酸化されることによる金属ベース層12における水素透過性能の低下を抑制することができる。また、本実施例によれば、中間層14の結晶粒界に対応する位置に複合酸化物を含むCrの酸化物が形成されるため、中間層14の結晶粒界を介して、金属ベース層12から中間層14を含む上側層へとVが移動することを、効果的に抑制することができる。特に、Vは酸化されると、より融点の低い酸化バナジウム(V25)を形成するが、このような低融点化合物はVよりもさらに水素透過膜内を移動し易いため、水素透過膜表面に到達して金属被覆層の触媒活性を阻害することによって水素透過性能を低下させ易い。本実施例のように金属ベース層12を構成するVの酸化を防止すると共に、生じた酸化バナジウムの移動を抑制することで、水素透過膜における性能低下を抑制できる。なお、酸化処理によって生じた複合酸化物は、酸化バナジウムよりも融点が高い高融点複合酸化物であるため、水素透過膜内を移動し難い性質を有しており、金属ベース層12内への酸素の侵入や、Vあるいは酸化バナジウムの移動を、効果的に妨げることができる。 According to the hydrogen permeable membrane 10 of the present example configured as described above, a dense oxidation is performed on the surface of the metal base layer 12 in contact with the intermediate layer 14 and at a position corresponding to the crystal grain boundary of the intermediate layer 14. In other words, since an oxide of Cr including a complex oxide is formed, oxygen can be effectively prevented from entering the metal base layer 12. By suppressing the intrusion of oxygen into the metal base layer 12, it is possible to suppress a decrease in hydrogen permeation performance in the metal base layer 12 due to oxidation of V constituting the metal base layer 12. Further, according to the present embodiment, since the Cr oxide containing the composite oxide is formed at a position corresponding to the crystal grain boundary of the intermediate layer 14, the metal base layer is interposed via the crystal grain boundary of the intermediate layer 14. The movement of V from 12 to the upper layer including the intermediate layer 14 can be effectively suppressed. In particular, when V is oxidized, vanadium oxide (V 2 O 5 ) having a lower melting point is formed. However, since such a low melting point compound moves more easily in the hydrogen permeable membrane than V, the hydrogen permeable membrane. The hydrogen permeation performance is easily lowered by reaching the surface and hindering the catalytic activity of the metal coating layer. As in this example, the oxidation of V constituting the metal base layer 12 is prevented, and the movement of the generated vanadium oxide is suppressed, so that the performance deterioration in the hydrogen permeable membrane can be suppressed. The composite oxide produced by the oxidation treatment is a high melting point composite oxide having a higher melting point than vanadium oxide, and therefore has a property that it is difficult to move in the hydrogen permeable membrane. Oxygen penetration and movement of V or vanadium oxide can be effectively prevented.

また、本実施例の水素透過膜10では、金属ベース層12の上に、中間層14および金属被覆層16を形成した後に、ステップS130の酸化処理を行なっているため、中間層14における結晶構造上の間隙、すなわち、酸素の侵入やVおよび酸化バナジウムの移動のルートに対応する位置だけに高融点複合酸化物が形成される。したがって、酸素の侵入やVおよび酸化バナジウムの移動を抑制する効果を得つつ、複合酸化物が形成されることに起因する金属ベース層12における水素透過性能の低下を抑制することができる。   Further, in the hydrogen permeable membrane 10 of the present example, since the intermediate layer 14 and the metal coating layer 16 are formed on the metal base layer 12 and then the oxidation treatment in step S130 is performed, the crystal structure in the intermediate layer 14 is obtained. The high melting point composite oxide is formed only in the upper gap, that is, the position corresponding to the route of oxygen intrusion and movement of V and vanadium oxide. Therefore, it is possible to suppress the decrease in hydrogen permeation performance in the metal base layer 12 due to the formation of the composite oxide while obtaining the effect of suppressing the entry of oxygen and the movement of V and vanadium oxide.

なお、ステップS130における酸化処理は、金属被覆層16を形成するステップS120の後ではなく、中間層14を形成するステップS110の後に行なっても良い。この場合にも、金属ベース層12表面において、中間層14における結晶構造上の間隙に対応する位置に酸化物あるいは高融点複合酸化物を形成することによる同様の効果を得ることができる。   In addition, you may perform the oxidation process in step S130 after step S110 which forms the intermediate | middle layer 14 instead of step S120 which forms the metal coating layer 16. FIG. Also in this case, a similar effect can be obtained by forming an oxide or a high melting point composite oxide at a position corresponding to the gap on the crystal structure in the intermediate layer 14 on the surface of the metal base layer 12.

また、金属ベース層12におけるCrの含有割合は、緻密な酸化物(複合酸化物)を形成することにより得られる既述した効果の程度や、Crを加えることに起因する金属ベース層12における水素透過性能の低下の程度を考慮して、適宜設定すればよい。   In addition, the Cr content in the metal base layer 12 is determined by the degree of the effect described above obtained by forming a dense oxide (composite oxide) or the hydrogen in the metal base layer 12 resulting from the addition of Cr. What is necessary is just to set suitably in consideration of the grade of the permeation | transmission performance fall.

C.第1実施例の変形例:
(C−1)第1の変形例:
第1実施例では、中間層14や金属被覆層16といった上側層を金属ベース層12上に形成した後に酸化処理を行なっているが、上側層の形成に先立って、ステップS130の酸化処理を行なっても良い。すなわちステップS110に先だって、例えば酸化雰囲気下での熱処理やオゾン熱処理、あるいは酸素プラズマ処理を行えば良い。この場合には、金属ベース層12の表面全体に、Crの酸化物が形成されることになる。
C. Modification of the first embodiment:
(C-1) First modification:
In the first embodiment, the oxidation process is performed after the upper layers such as the intermediate layer 14 and the metal coating layer 16 are formed on the metal base layer 12, but the oxidation process of step S130 is performed prior to the formation of the upper layer. May be. That is, prior to step S110, for example, heat treatment in an oxidizing atmosphere, ozone heat treatment, or oxygen plasma treatment may be performed. In this case, an oxide of Cr is formed on the entire surface of the metal base layer 12.

(C−2)第2の変形例:
また、第1実施例では、金属ベース層12全体がCrを含有することとしたが、異なる構成としても良い。例えば、酸化物を形成すべき中間層14との接触面近傍だけが、Crを含有することとしても良い。金属ベース層12の表面近傍だけがCrを含有する構成を、図4に示す。このような構成とすれば、Crを含有しない他の領域のVの含有量が高まるため、金属ベース層12における水素透過性能を高めることができる。
(C-2) Second modification:
In the first embodiment, the entire metal base layer 12 contains Cr, but may have a different configuration. For example, only the vicinity of the contact surface with the intermediate layer 14 where the oxide is to be formed may contain Cr. FIG. 4 shows a configuration in which only the vicinity of the surface of the metal base layer 12 contains Cr. With such a configuration, the content of V in other regions not containing Cr increases, so that the hydrogen permeation performance in the metal base layer 12 can be improved.

金属ベース層12の表面近傍だけにCrを含有させるには、例えば、ステップS100と同様にして作製したCrを含有しないVあるいはV合金から成るバナジウム層上に、VとCrの合金を成膜材料として、PVDやCVDにより成膜を行なえば良い。あるいは、上記バナジウム層上にCr層を成膜し、その後熱処理することによって、バナジウム層内にCrを拡散させることとしても良い。   In order to contain Cr only in the vicinity of the surface of the metal base layer 12, for example, an alloy of V and Cr is formed on a vanadium layer made of V or a V alloy not containing Cr produced in the same manner as in step S100. The film may be formed by PVD or CVD. Alternatively, Cr may be diffused in the vanadium layer by forming a Cr layer on the vanadium layer and then performing a heat treatment.

(C−3)第3の変形例:
第1実施例におけるステップS130の酸化処理を省略して、5層構造を有する積層体を、酸化処理を施すことなく水素透過膜としての使用に供しても良い。この場合には、上記積層体を水素透過膜として使用している間に、金属ベース層12の表面であって中間層14の結晶構造上の間隙に対応する位置において徐々に酸化が進行して、実施例と同様の効果を奏するようになる。
(C-3) Third modification:
The oxidation process in step S130 in the first embodiment may be omitted, and the laminate having the five-layer structure may be used as a hydrogen permeable film without performing the oxidation process. In this case, while the laminate is used as a hydrogen permeable membrane, oxidation gradually proceeds at a position corresponding to the gap on the crystal structure of the intermediate layer 14 on the surface of the metal base layer 12. The same effects as in the embodiment are obtained.

(C−4)第4の変形例:
第1実施例では、酸素の侵入やVおよび酸化バナジウムの移動を妨げる緻密な酸化物を形成させるために金属ベース層12に添加する第2の成分としてCrを用いたが、他の元素を第2の元素として用いても良い。酸化物を形成させるために金属ベース層12に添加する第2の成分としては、例えば、クロム(Cr)に加えて、アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),鉄(Fe),銅(Cu),モリブデン(Mo),ジルコニウム(Zr),マグネシウム(Mg),カルシウム(Ca),タンタル(Ta),ガドリニウム(Gd),ニオブ(Nb),タングステン(W),セリウム(Ce),イットリウム(Y),イッテルビウム(Yb),ネオジム(Nd),プラセオジム(Pr)から選択される元素とすることができる。
(C-4) Fourth modification:
In the first embodiment, Cr is used as the second component added to the metal base layer 12 in order to form a dense oxide that prevents oxygen intrusion and movement of V and vanadium oxide. It may be used as the second element. As the second component added to the metal base layer 12 to form an oxide, for example, in addition to chromium (Cr), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), iron (Fe) , Copper (Cu), molybdenum (Mo), zirconium (Zr), magnesium (Mg), calcium (Ca), tantalum (Ta), gadolinium (Gd), niobium (Nb), tungsten (W), cerium (Ce) , Yttrium (Y), ytterbium (Yb), neodymium (Nd), and praseodymium (Pr).

ここで、第2成分を、クロム(Cr),アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),鉄(Fe),銅(Cu),モリブデン(Mo),ジルコニウム(Zr)から選択される元素とすれば、特に緻密性に優れた酸化物を形成させることができる。したがって、第2成分を酸化させることによって、酸素の侵入やVおよび酸化バナジウムの移動を妨げる効果を、より充分に得ることができる。   Here, the second component is selected from chromium (Cr), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), iron (Fe), copper (Cu), molybdenum (Mo), and zirconium (Zr). In particular, an oxide having particularly high density can be formed. Therefore, by oxidizing the second component, it is possible to obtain a more sufficient effect of preventing the invasion of oxygen and the movement of V and vanadium oxide.

また、第2成分を、クロム(Cr),マグネシウム(Mg),カルシウム(Ca)から選択される元素とすれば、酸化処理によってVと共に高融点複合酸化物を形成させることができる。すなわち、高融点複合酸化物として、V25・Cr23、3MgO・V25あるいは3CaO・V25が形成される。このような金属膜内で移動し難い高融点複合酸化物を形成することで、酸素の侵入やVおよび酸化バナジウムの移動を妨げる効果を高めることができる。 If the second component is an element selected from chromium (Cr), magnesium (Mg), and calcium (Ca), a high melting point composite oxide can be formed together with V by oxidation treatment. That is, V 2 O 5 · Cr 2 O 3 , 3MgO · V 2 O 5 or 3CaO · V 2 O 5 is formed as the high melting point composite oxide. By forming such a high-melting-point composite oxide that does not easily move in the metal film, it is possible to enhance the effect of preventing the entry of oxygen and the movement of V and vanadium oxide.

あるいは、第2成分を、クロム(Cr),アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),ジルコニウム(Zr),タンタル(Ta),ガドリニウム(Gd),ニオブ(Nb),タングステン(W),セリウム(Ce),イットリウム(Y),イッテルビウム(Yb),ネオジム(Nd),プラセオジム(Pr)から選択される元素とすれば、金属ベース層12を構成するVの酸化を抑制する効果を、さらに高めることができる。すなわち、上記した元素は、Vよりも酸化されやすいという性質を有しているため、これらの元素を金属ベース層12に含有させるならば、これら第2成分がVに先だって酸化されることにより、水素透過膜の使用中におけるVの酸化の進行を抑制することができる。   Alternatively, the second component may be chromium (Cr), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), zirconium (Zr), tantalum (Ta), gadolinium (Gd), niobium (Nb), tungsten (W ), Cerium (Ce), yttrium (Y), ytterbium (Yb), neodymium (Nd), and praseodymium (Pr), the effect of suppressing oxidation of V constituting the metal base layer 12 is achieved. Can be further enhanced. That is, the above-described elements have a property that they are more easily oxidized than V. Therefore, if these elements are included in the metal base layer 12, the second component is oxidized prior to V. The progress of oxidation of V during use of the hydrogen permeable membrane can be suppressed.

(C−5)第5の変形例:
第1実施例では、金属ベース層12に添加した第2成分を酸化させて、緻密な酸化物を形成させることにより、酸素の侵入やVおよび酸化バナジウムの移動を抑制しているが、第2成分を窒化あるいは炭化させて、緻密な窒化物や炭化物を形成させることとしても良い。
(C-5) Fifth modification:
In the first embodiment, the second component added to the metal base layer 12 is oxidized to form a dense oxide, thereby suppressing oxygen intrusion and movement of V and vanadium oxide. The components may be nitrided or carbonized to form dense nitrides or carbides.

中間層14との接触面近傍で窒化物を形成させるために金属ベース層12に含有させる第2成分として、例えば、クロム(Cr),アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),鉄(Fe)から選択される元素を用いるならば、緻密な窒化物を形成させることによる効果を高めることができる。また、第2の成分として、アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),ジルコニウム(Zr),マグネシウム(Mg),カルシウム(Ca),ホウ素(B)から選択される元素を用いるならば、これらの元素はVよりも窒化されやすいという性質を有しているため、水素透過膜の使用中におけるVの窒化の進行を抑制し、Vの窒化に起因する水素透過性能の低下を抑えることができる。   For example, chromium (Cr), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), the second component contained in the metal base layer 12 in order to form a nitride in the vicinity of the contact surface with the intermediate layer 14. If an element selected from iron (Fe) is used, the effect of forming a dense nitride can be enhanced. If an element selected from aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), zirconium (Zr), magnesium (Mg), calcium (Ca), and boron (B) is used as the second component. For example, these elements have a property that they are more easily nitrided than V. Therefore, the progress of nitriding of V during the use of the hydrogen permeable membrane is suppressed, and the deterioration of the hydrogen permeation performance due to the nitriding of V is suppressed. be able to.

上記のように第2成分を窒化させる場合には、ステップS130の酸化処理に代えて、窒化処理を行なえば良い。窒化処理としては、例えば、窒素雰囲気下での熱処理や、窒素プラズマ処理を行なえば良い。   When the second component is nitrided as described above, a nitridation process may be performed instead of the oxidation process in step S130. As the nitriding treatment, for example, a heat treatment in a nitrogen atmosphere or a nitrogen plasma treatment may be performed.

あるいは、中間層14との接触面近傍で炭化物を形成させるために金属ベース層12に含有させる第2の成分として、例えば、ケイ素(Si)およびチタン(Ti)から選択される元素を用いるならば、緻密な炭化物を形成させることによる効果を高めることができる。また、第2の成分として、クロム(Cr),チタン(Ti),ジルコニウム(Zr),タンタル(Ta),モリブデン(Mo)から選択される元素を用いるならば、これらの元素はVよりも炭化されやすいという性質を有しているため、水素透過膜の使用中におけるVの炭化の進行を抑制し、Vの炭化に起因する水素透過性能の低下を抑えることができる。   Alternatively, for example, if an element selected from silicon (Si) and titanium (Ti) is used as the second component to be contained in the metal base layer 12 in order to form carbide in the vicinity of the contact surface with the intermediate layer 14 The effect by forming a dense carbide can be enhanced. If an element selected from chromium (Cr), titanium (Ti), zirconium (Zr), tantalum (Ta), and molybdenum (Mo) is used as the second component, these elements are carbonized rather than V. Since it has the property of being easily treated, the progress of carbonization of V during the use of the hydrogen permeable membrane can be suppressed, and the decrease in hydrogen permeation performance due to the carbonization of V can be suppressed.

上記のように第2成分を炭化させる場合には、ステップS130の酸化処理に代えて、炭化処理を行なえば良い。炭化処理としては、例えば、炭素を含むガス(例えば炭化水素ガス)雰囲気での熱処理や、炭素プラズマ処理を行なえば良い。   When the second component is carbonized as described above, a carbonization process may be performed instead of the oxidation process in step S130. As the carbonization treatment, for example, a heat treatment in a carbon-containing gas (for example, hydrocarbon gas) atmosphere or a carbon plasma treatment may be performed.

このように、第2の成分を酸化させる代わりに窒化あるいは炭化させる場合にも、第1実施例と同様の変形が可能である。例えば、金属ベース層12の表面のみが、上記窒化物あるいは炭化物を形成するための第2成分を備えることとしたり、特別に窒化や炭化の処理を施すことなく水素透過膜としての使用の過程において窒化や酸化を進行させるなど、同様の変形を行なうことができる。   As described above, when the second component is nitrided or carbonized instead of being oxidized, the same modification as in the first embodiment is possible. For example, only the surface of the metal base layer 12 includes the second component for forming the nitride or carbide, or in the process of use as a hydrogen permeable film without special nitriding or carbonizing treatment. Similar modifications can be made, such as nitridation or oxidation.

(C−6)第6の変形例:
第1実施例では、金属ベース層12と金属被覆層との間に中間層14を設けているが、中間層14を設けないこととしても良い。すなわち、Crを含むV合金から成る金属ベース層12上に、Pdを含有する金属被覆層を直接形成することとしても良い。このような構成を図5に示す。金属ベース層12上に金属被覆層16を直接形成する場合にも、金属ベース層12の表面近傍において、金属被覆層16における結晶構造上の間隙に対応する位置に酸化物を形成させることにより、実施例と同様の効果が得られる。
(C-6) Sixth modification:
In the first embodiment, the intermediate layer 14 is provided between the metal base layer 12 and the metal coating layer, but the intermediate layer 14 may not be provided. That is, a metal coating layer containing Pd may be directly formed on the metal base layer 12 made of a V alloy containing Cr. Such a configuration is shown in FIG. Even when the metal coating layer 16 is directly formed on the metal base layer 12, an oxide is formed in the vicinity of the surface of the metal base layer 12 at a position corresponding to the crystal structure gap in the metal coating layer 16. The same effect as the embodiment can be obtained.

D.第2実施例:
第2実施例の水素透過膜は、図1に示す第1実施例の水素透過膜10と同様に、金属ベース層12と、中間層14と、金属被覆層16と、を備える5層構造を有している。第2実施例の水素透過膜は、第1実施例の水素透過膜10とは異なり、金属ベース層12ではなく中間層14がCrを含有している。
D. Second embodiment:
Similar to the hydrogen permeable membrane 10 of the first embodiment shown in FIG. 1, the hydrogen permeable membrane of the second embodiment has a five-layer structure including a metal base layer 12, an intermediate layer 14, and a metal coating layer 16. Have. In the hydrogen permeable membrane of the second embodiment, unlike the hydrogen permeable membrane 10 of the first embodiment, not the metal base layer 12 but the intermediate layer 14 contains Cr.

第2実施例の水素透過膜を製造する際にも、図1に示した第1実施例と同様に、まず金属ベース層12を用意する(ステップS100)。第2実施例で用意する金属ベース層12は、第1実施例の金属ベース層12と同様にして作製すればよいが、上記したようにCrを含有しておらず、VあるいはV合金によって形成される。その後、金属ベース層12上に中間層を形成するが(ステップS110)、第2実施例では、TaとCrとの合金からなる中間層を形成する。中間層14は、第1実施例と同様に、例えばPVDやCVDにより形成すればよい。次に、中間層14上に、第1実施例と同様の金属被覆層16を形成すると共に(ステップS120)、さらに酸化処理を行なって(ステップS130)、水素透過膜を完成する。   When manufacturing the hydrogen permeable membrane of the second embodiment, first, the metal base layer 12 is prepared in the same manner as in the first embodiment shown in FIG. 1 (step S100). The metal base layer 12 prepared in the second embodiment may be produced in the same manner as the metal base layer 12 in the first embodiment, but does not contain Cr as described above and is formed of V or a V alloy. Is done. Thereafter, an intermediate layer is formed on the metal base layer 12 (step S110). In the second embodiment, an intermediate layer made of an alloy of Ta and Cr is formed. The intermediate layer 14 may be formed by, for example, PVD or CVD as in the first embodiment. Next, a metal coating layer 16 similar to that of the first embodiment is formed on the intermediate layer 14 (step S120), and an oxidation treatment is further performed (step S130), thereby completing a hydrogen permeable membrane.

図6は、金属被覆層16と接する中間層14表面で酸化物が形成される様子を模式的に示す断面図である。金属被覆層16は結晶構造を有しており、水素透過膜内部へは、金属被覆層16における結晶粒界などの結晶構造上の間隙を介して酸素が侵入するため、中間層14表面では、金属被覆層16における結晶構造上の間隙に対応する位置に、酸化クロムが形成される。ここで、中間層14もまた結晶構造を有するため、中間層14の表面では、主として結晶粒の表面においてCrの酸化が進行する。このように中間層14の表面においてCrの酸化が進行する部位では結晶粒が膨張し、結晶構造上の間隙が狭小化・閉塞される。したがって、酸化処理を施してCrを酸化することで、中間層14表面における金属被覆層16の結晶構造上の間隙に対応する位置を、緻密化させることができる。   FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing how an oxide is formed on the surface of the intermediate layer 14 in contact with the metal coating layer 16. The metal coating layer 16 has a crystal structure, and oxygen penetrates into the hydrogen permeable film through a gap on the crystal structure such as a crystal grain boundary in the metal coating layer 16. Chromium oxide is formed at a position corresponding to the gap on the crystal structure in the metal coating layer 16. Here, since the intermediate layer 14 also has a crystal structure, the oxidation of Cr proceeds mainly on the surface of the crystal grains on the surface of the intermediate layer 14. In this way, the crystal grains expand at the portion where the oxidation of Cr proceeds on the surface of the intermediate layer 14, and the gaps on the crystal structure are narrowed / closed. Therefore, by oxidizing the Cr by performing the oxidation treatment, the position corresponding to the gap on the crystal structure of the metal coating layer 16 on the surface of the intermediate layer 14 can be densified.

以上のように構成された第2実施例の水素透過膜によれば、中間層14表面における金属被覆層16の結晶構造上の間隙に対応する位置が緻密化させるため、中間層14よりも内部への酸素の侵入を抑制することができる。これにより、水素透過性金属が酸化されることによる水素透過性能の低下や、金属ベース層12を構成するVが酸化されることによる低融点な酸化バナジウムの形成を抑制することができる。さらに、金属ベース層12からVや酸化バナジウムが移動してきた場合であっても、上記緻密な酸化物によって、Vや酸化バナジウムが金属被覆層16の結晶粒界を介して水素透過膜表面へと移動することを抑制できる。   According to the hydrogen permeable membrane of the second embodiment configured as described above, the position corresponding to the gap on the crystal structure of the metal coating layer 16 on the surface of the intermediate layer 14 is densified. Oxygen can be prevented from entering the water. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in hydrogen permeation performance due to oxidation of the hydrogen permeable metal, and formation of low melting point vanadium oxide due to oxidation of V constituting the metal base layer 12. Furthermore, even when V or vanadium oxide has moved from the metal base layer 12, V or vanadium oxide is transferred to the surface of the hydrogen permeable membrane through the crystal grain boundary of the metal coating layer 16 due to the dense oxide. It can suppress moving.

また、本実施例の水素透過膜では、水素透過膜の使用中に、金属ベース層12からVや酸化バナジウムが移動してきた場合であっても、酸化クロムがVや酸化バナジウムと反応して、高融点な複合酸化物( ・Cr )が形成される。このように、緻密な酸化物が高融点複合酸化物になることによって、Vや酸化バナジウムの金属被覆層16側への移動を抑制する効果を、さらに高めることができる。 Further, in the hydrogen permeable membrane of this example, even when V and vanadium oxide migrate from the metal base layer 12 during use of the hydrogen permeable membrane, chromium oxide reacts with V and vanadium oxide, A high-melting-point composite oxide ( V 2 O 5 · Cr 2 O 3 ) is formed. As described above, when the dense oxide becomes a high melting point composite oxide, the effect of suppressing the movement of V or vanadium oxide toward the metal coating layer 16 can be further enhanced.

さらに、第2実施例の水素透過膜では、中間層14上に金属被覆層16を形成した後に、ステップS130の酸化処理を行なっているため、金属被覆層16における結晶構造上の間隙、すなわち、酸素の侵入やVおよび酸化バナジウムの移動のルートに対応する位置だけに酸化物が形成される。したがって、酸素の侵入やVおよび酸化バナジウムの移動を抑制する効果を得つつ、酸化物が形成されることに起因する中間層14における水素透過性能の低下を抑制することができる。   Further, in the hydrogen permeable membrane of the second example, since the oxidation treatment of step S130 is performed after the metal coating layer 16 is formed on the intermediate layer 14, the gap on the crystal structure in the metal coating layer 16, that is, Oxides are formed only at positions corresponding to the routes of oxygen penetration and movement of V and vanadium oxide. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the hydrogen permeation performance in the intermediate layer 14 due to the formation of the oxide while obtaining the effect of suppressing the entry of oxygen and the movement of V and vanadium oxide.

なお、中間層14におけるCrの含有割合は、緻密な酸化物(複合酸化物)を形成することにより得られる既述した効果の程度や、Crを加えることに起因する中間層14における水素透過性能の低下の程度を考慮して、適宜設定すればよい。   Note that the Cr content ratio in the intermediate layer 14 is the degree of the above-described effect obtained by forming a dense oxide (composite oxide) or the hydrogen permeation performance in the intermediate layer 14 resulting from the addition of Cr. It may be set as appropriate in consideration of the degree of the decrease.

E.第2実施例の変形例:
(E−1)第1の変形例:
第2実施例では、上側層である金属被覆層16を中間層14上に形成した後に酸化処理を行なっているが、上側層の形成に先立って、すなわちステップS120に先だって、ステップS130の酸化処理を行なっても良い。この場合には、中間層14の表面全体に、Crの酸化物が形成されることになる。
E. Modification of the second embodiment:
(E-1) First modification:
In the second embodiment, the oxidation treatment is performed after the metal coating layer 16 as the upper layer is formed on the intermediate layer 14, but prior to the formation of the upper layer, that is, prior to step S120, the oxidation treatment of step S130. May be performed. In this case, an oxide of Cr is formed on the entire surface of the intermediate layer 14.

(E−2)第2の変形例:
第2実施例では、中間層14は、TaとCrとを含有する合金により形成したが、異なる構成としても良い。例えば、中間層14全体をCrによって形成しても良い。このような構成としても、Crから成る中間層14の表面において、金属被覆層16における結晶構造上の間隙に対応する位置にCrの酸化物が形成されるため、第2実施例と同様の効果を得ることができる。
(E-2) Second modification:
In the second embodiment, the intermediate layer 14 is formed of an alloy containing Ta and Cr, but may have a different configuration. For example, the entire intermediate layer 14 may be formed of Cr. Even in such a configuration, Cr oxide is formed on the surface of the intermediate layer 14 made of Cr at a position corresponding to the gap on the crystal structure in the metal coating layer 16, so that the same effect as in the second embodiment is achieved. Can be obtained.

あるいは、中間層14において、金属被覆層16との接触面の近傍だけにCrを含有させることとしても良い。中間層14において金属被覆層16との接触面近傍だけがCrを含有する構成を、図7に示す。このような構成とすれば、Crを含有しない他の領域のTaの含有量が高まるため、中間層14における水素透過性能を高めることができる。   Alternatively, Cr may be contained only in the vicinity of the contact surface with the metal coating layer 16 in the intermediate layer 14. FIG. 7 shows a configuration in which only the vicinity of the contact surface with the metal coating layer 16 in the intermediate layer 14 contains Cr. With such a configuration, the content of Ta in other regions not containing Cr increases, so that the hydrogen permeation performance in the intermediate layer 14 can be improved.

中間層14の表面近傍だけにCrを含有させるには、例えば、ステップS100で用意した金属ベース層12上に、まず、Taを成膜材料として用いてタンタル層を形成し、その後、TaおよびCrを成膜材料としてTaとCrの合金層を形成すればよい。成膜は、例えば、PVDやCVDにより行なうことができる。あるいは、上記タンタル層上にCr層を成膜し、その後熱処理することによって、タンタル層内にCrを拡散させることとしても良い。   In order to contain Cr only in the vicinity of the surface of the intermediate layer 14, for example, a tantalum layer is first formed using Ta as a film forming material on the metal base layer 12 prepared in step S100, and then Ta and Cr An alloy layer of Ta and Cr may be formed using as a film forming material. The film formation can be performed by, for example, PVD or CVD. Alternatively, Cr may be diffused in the tantalum layer by forming a Cr layer on the tantalum layer and then performing a heat treatment.

また、中間層14を、タンタル層とクロム層とから成る2層構造としても良い。この場合には、特に、金属ベース層12側にタンタル層を形成し、金属被覆層16側にクロム層を形成することが望ましい。すなわち、中間層14において、相対的に、金属ベース層12側におけるTaの含有割合を高め、金属被覆層16側におけるCrの含有割合を高めることが望ましい。金属ベース層12からより離れた金属被覆層16側にクロム層を設け、酸化クロムを形成させることにより、金属ベース層12への酸素の到達を抑制する効果を高めることができる。   Further, the intermediate layer 14 may have a two-layer structure including a tantalum layer and a chromium layer. In this case, it is particularly desirable to form a tantalum layer on the metal base layer 12 side and a chromium layer on the metal coating layer 16 side. That is, in the intermediate layer 14, it is desirable to relatively increase the Ta content ratio on the metal base layer 12 side and increase the Cr content ratio on the metal coating layer 16 side. By providing a chromium layer on the metal coating layer 16 side that is further away from the metal base layer 12 and forming chromium oxide, the effect of suppressing the arrival of oxygen to the metal base layer 12 can be enhanced.

(E−3)第3の変形例:
第2実施例におけるステップS130の酸化処理を省略して、5層構造を有する積層体を、酸化処理を施すことなく水素透過膜としての使用に供しても良い。この場合には、上記積層体を水素透過膜として使用している間に、中間層14の表面であって金属被覆層16の結晶構造上の間隙に対応する位置において徐々に酸化が進行して、実施例と同様の効果を奏するようになる。
(E-3) Third modification:
The oxidation process of step S130 in the second embodiment may be omitted, and the laminate having a five-layer structure may be used as a hydrogen permeable film without performing the oxidation process. In this case, while the laminate is used as a hydrogen permeable membrane, oxidation gradually proceeds at the position corresponding to the gap on the crystal structure of the metal coating layer 16 on the surface of the intermediate layer 14. The same effects as in the embodiment are obtained.

(E−4)第4の変形例:
酸化物を形成させるために中間層14に含有させる第2の成分としては、Cr以外に、第1実施例の第4の変形例と同様の種々の元素を選択することができる。この場合にも、第2の成分を酸化させて緻密な酸化物を形成させることにより、酸素の侵入やVおよび酸化バナジウムの移動を妨げる同様の効果を得ることができる。
(E-4) Fourth modification:
As the second component to be contained in the intermediate layer 14 in order to form an oxide, various elements similar to the fourth modification of the first embodiment can be selected in addition to Cr. Also in this case, by oxidizing the second component to form a dense oxide, it is possible to obtain the same effect that hinders the intrusion of oxygen and the movement of V and vanadium oxide.

ここで、第2成分を、クロム(Cr),アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),鉄(Fe),銅(Cu),モリブデン(Mo),ジルコニウム(Zr)から選択される元素とすれば、特に緻密性に優れた酸化物を形成させることができる。したがって、第2成分を酸化させることによって、酸素の侵入やVおよび酸化バナジウムの移動を妨げる効果を、より充分に得ることができる。   Here, the second component is selected from chromium (Cr), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), iron (Fe), copper (Cu), molybdenum (Mo), and zirconium (Zr). In particular, an oxide having particularly high density can be formed. Therefore, by oxidizing the second component, it is possible to obtain more sufficiently the effect of preventing the invasion of oxygen and the movement of V and vanadium oxide.

また、第2成分を、クロム(Cr),マグネシウム(Mg),カルシウム(Ca)から選択される元素とすれば、水素透過膜の使用中に、Vや酸化バナジウムが中間層14へと移動するのに伴って、第2成分の酸化物から、さらに酸化バナジウムとの複合酸化物が形成される。このような金属膜内で移動し難い高融点複合酸化物を形成することで、酸素の侵入やVおよび酸化バナジウムの移動を妨げる効果を高めることができる。   If the second component is an element selected from chromium (Cr), magnesium (Mg), and calcium (Ca), V and vanadium oxide move to the intermediate layer 14 during use of the hydrogen permeable membrane. Accordingly, a composite oxide with vanadium oxide is further formed from the oxide of the second component. By forming such a high-melting-point composite oxide that does not easily move in the metal film, it is possible to enhance the effect of preventing the entry of oxygen and the movement of V and vanadium oxide.

(E−5)第5の変形例:
あるいは、中間層14を緻密化させるために中間層14に含有させる第2の成分として、第1実施例の第5の変形例と同様の元素を選択して、ステップS130の酸化処理に代えて窒化処理あるいは炭化処理を行なうこととしても良い。このような構成としても、酸化処理を行なう場合と同様に、中間層14の少なくとも一部を緻密化させることにより、酸素の侵入やVおよび酸化バナジウムの移動を妨げる同様の効果を得ることができる。
(E-5) Fifth modification:
Alternatively, as the second component to be included in the intermediate layer 14 in order to densify the intermediate layer 14, an element similar to that of the fifth modification example of the first embodiment is selected and replaced with the oxidation treatment in step S130. Nitriding treatment or carbonizing treatment may be performed. Even in such a configuration, as in the case of performing the oxidation treatment, it is possible to obtain the same effect that prevents oxygen intrusion and movement of V and vanadium oxide by densifying at least a part of the intermediate layer 14. .

窒化物を形成させるために中間層14に含有させる第2の成分としては、例えば、クロム(Cr),アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),鉄(Fe)から選択される元素を用いることが望ましい。この場合には、緻密な窒化物を形成させることによる効果を高めることができる。また、炭化物を形成させるために中間層14に含有させる第2の成分として、例えば、ケイ素(Si)およびチタン(Ti)から選択される元素を用いることが望ましい。これにより、緻密な炭化物を形成させることによる効果を高めることができる。   The second component to be included in the intermediate layer 14 for forming the nitride is selected from, for example, chromium (Cr), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), and iron (Fe). It is desirable to use elements. In this case, the effect of forming dense nitride can be enhanced. Moreover, it is desirable to use, for example, an element selected from silicon (Si) and titanium (Ti) as the second component contained in the intermediate layer 14 in order to form carbide. Thereby, the effect by forming a dense carbide can be enhanced.

このように、第2の成分を酸化させる代わりに窒化あるいは炭化させる場合にも、第2実施例と同様の変形が可能である。例えば、中間層14の表面のみが、上記窒化物あるいは炭化物を形成するための第2成分を備えることとしたり、中間層14全体を、上記第2成分によって構成しても良い。あるいは、特別に窒化や炭化の処理を施すことなく水素透過膜としての使用の過程において窒化や酸化を進行させても良い。   As described above, when the second component is nitrided or carbonized instead of being oxidized, the same modification as in the second embodiment is possible. For example, only the surface of the intermediate layer 14 may include the second component for forming the nitride or carbide, or the entire intermediate layer 14 may be configured by the second component. Alternatively, nitridation or oxidation may be advanced in the course of use as a hydrogen permeable film without special nitridation or carbonization treatment.

F.水素透過膜を用いた装置:
(F−1).水素抽出装置:
図8は、第1実施例あるいは第2実施例の水素透過膜(以下、水素透過膜10と表わす)を利用した水素抽出装置20の構成を表わす断面模式図である。水素抽出装置20は、複数の水素透過膜10を積層した構造を有しており、図8では、水素透過膜10の積層に関わる構成についてのみ示している。水素抽出装置20では、積層される各水素透過膜10間に、水素透過膜10の外周部と接合する支持部22が配設されており、支持部22によって各水素透過膜10間に所定の空間が形成されている。支持部22は、水素透過膜10との接合が可能であって充分な剛性を有していればよい。例えばステンレス鋼(SUS)等の金属材料により形成することで、金属層である水素透過膜10と容易に接合可能となる。
F. Equipment using hydrogen permeable membrane:
(F-1). Hydrogen extraction equipment:
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the hydrogen extraction device 20 using the hydrogen permeable membrane (hereinafter referred to as the hydrogen permeable membrane 10) of the first embodiment or the second embodiment. The hydrogen extraction device 20 has a structure in which a plurality of hydrogen permeable membranes 10 are stacked. FIG. 8 shows only the configuration related to the stacking of the hydrogen permeable membranes 10. In the hydrogen extraction device 20, a support portion 22 that is joined to the outer peripheral portion of the hydrogen permeable membrane 10 is disposed between the stacked hydrogen permeable membranes 10, and a predetermined portion is provided between the hydrogen permeable membranes 10 by the support portion 22. A space is formed. The support portion 22 may be bonded to the hydrogen permeable membrane 10 and has sufficient rigidity. For example, by forming with a metal material such as stainless steel (SUS), it is possible to easily join the hydrogen permeable membrane 10 which is a metal layer.

各水素透過膜10間に形成される上記所定の空間は、水素含有ガス路24とパージガス路26とを交互に形成する。各々の水素含有ガス路24に対しては、図示しない水素含有ガス供給部より、水素抽出の対象となる水素含有ガスが供給される。また、各々のパージガス路26に対しては、図示しないパージガス供給部から、水素濃度が充分に低いパージガスが供給される。水素含有ガス路24に供給されたガス中の水素は、水素濃度差に従ってパージガス路26側へと水素透過膜10を透過することによって、水素含有ガスから抽出される。   The predetermined spaces formed between the hydrogen permeable membranes 10 alternately form hydrogen-containing gas paths 24 and purge gas paths 26. A hydrogen-containing gas to be subjected to hydrogen extraction is supplied to each hydrogen-containing gas passage 24 from a hydrogen-containing gas supply unit (not shown). A purge gas having a sufficiently low hydrogen concentration is supplied to each purge gas passage 26 from a purge gas supply unit (not shown). Hydrogen in the gas supplied to the hydrogen-containing gas passage 24 is extracted from the hydrogen-containing gas by permeating the hydrogen permeable membrane 10 toward the purge gas passage 26 according to the hydrogen concentration difference.

このような水素抽出装置20によれば、水素透過膜の下層金属が酸化されたり、下層金属が表面に移動することに起因する性能低下が抑制されるため、水素抽出装置20全体の水素抽出性能の低下を防ぐことができる。   According to such a hydrogen extraction apparatus 20, since the lowering of the performance due to the oxidation of the lower layer metal of the hydrogen permeable membrane or the movement of the lower layer metal to the surface is suppressed, the hydrogen extraction performance of the entire hydrogen extraction apparatus 20 is suppressed. Can be prevented.

(F−2).燃料電池:
図9は、水素透過膜10を利用した燃料電池の構成の一例を表わす断面模式図である。図9、単セル30を表わしているが、燃料電池は、この単セル30を複数積層することによって形成される。
(F-2). Fuel cell:
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a fuel cell using the hydrogen permeable membrane 10. Although FIG. 9 shows a single cell 30, the fuel cell is formed by stacking a plurality of the single cells 30.

単セル30は、水素透過膜10と、水素透過膜10の一方の面上に形成された電解質層32と、電解質層32上に形成されたカソード電極34と、から成るMEA(Membrane Electrode Assembly)31を備えている。また、単セル30は、MEA31をさらに両側から挟持する2つのガスセパレータ36,37を備えている。水素透過膜10と、これに隣接するガスセパレータ36との間には、水素を含有する燃料ガスが通過する単セル内燃料ガス流路38が形成されている。また、カソード電極34と、これに隣接するガスセパレータ37との間には、酸素を含有する酸化ガスが通過する単セル内酸化ガス流路39が形成されている。   The single cell 30 includes a hydrogen permeable membrane 10, an electrolyte layer 32 formed on one surface of the hydrogen permeable membrane 10, and a cathode electrode 34 formed on the electrolyte layer 32. 31 is provided. The single cell 30 further includes two gas separators 36 and 37 that sandwich the MEA 31 from both sides. Between the hydrogen permeable membrane 10 and the gas separator 36 adjacent thereto, a single-cell fuel gas flow path 38 through which a hydrogen-containing fuel gas passes is formed. In addition, between the cathode electrode 34 and the gas separator 37 adjacent thereto, an in-single cell oxidizing gas passage 39 through which an oxidizing gas containing oxygen passes is formed.

電解質層32は、プロトン伝導性を有する固体電解質、例えば、BaCeO3、SrCeO3系のセラミックスプロトン伝導体から成る層である。この電解質層32は、PVDやCVD等の手法により、水素透過膜10上に上記固体酸化物を生成させることによって形成することができる。このように、電解質層32を緻密な金属膜である水素透過膜10上に成膜することにより、電解質層32を薄膜化し、電解質層32の膜抵抗をより低減することが可能となる。これにより、従来の固体電解質型燃料電池の運転温度よりも低い温度である約200〜600℃程度で発電を行なうことが可能となる。 The electrolyte layer 32 is a layer made of a solid electrolyte having proton conductivity, for example, a BaCeO 3 or SrCeO 3 ceramic proton conductor. The electrolyte layer 32 can be formed by generating the solid oxide on the hydrogen permeable membrane 10 by a method such as PVD or CVD. Thus, by forming the electrolyte layer 32 on the hydrogen permeable membrane 10 which is a dense metal film, the electrolyte layer 32 can be made thinner, and the membrane resistance of the electrolyte layer 32 can be further reduced. Thereby, it becomes possible to generate electric power at about 200 to 600 ° C., which is lower than the operating temperature of the conventional solid oxide fuel cell.

カソード電極34は、電気化学反応を促進する触媒活性を有する層であり、例えば、貴金属であるPtから成る多孔質なPt層により構成すればよい。また、単セル30において、カソード電極34とガスセパレータ37との間、あるいは水素透過膜10とガスセパレータ36との間に、導電性およびガス透過性を有する集電部をさらに設けても良い。   The cathode electrode 34 is a layer having catalytic activity that promotes an electrochemical reaction, and may be formed of, for example, a porous Pt layer made of noble metal Pt. In the single cell 30, a current collector having electrical conductivity and gas permeability may be further provided between the cathode electrode 34 and the gas separator 37 or between the hydrogen permeable membrane 10 and the gas separator 36.

ガスセパレータ36,37は、カーボンや金属などの導電性材料で形成されたガス不透過な部材である。ガスセパレータ36,37の表面には、単セル内燃料ガス流路38あるいは単セル内酸化ガス流路39を形成するための所定の凹凸形状が形成されている。   The gas separators 36 and 37 are gas-impermeable members formed of a conductive material such as carbon or metal. On the surfaces of the gas separators 36 and 37, a predetermined uneven shape for forming the single-cell fuel gas flow path 38 or the single-cell oxidizing gas flow path 39 is formed.

このような燃料電池によれば、水素透過膜の下層金属が酸化されたり、下層金属が表面に移動することに起因する性能低下が抑制されるため、燃料電池全体の性能低下を防ぐことができる。   According to such a fuel cell, since the lowering of the performance due to the oxidation of the lower layer metal of the hydrogen permeable membrane or the movement of the lower layer metal to the surface is suppressed, the lowering of the performance of the entire fuel cell can be prevented. .

なお、図9に示す燃料電池が備える水素透過膜では、図1に示した水素透過膜10とは異なり、電解質層32と接する面には、金属被覆層および中間層を設けない構成とすることも可能である。また、水素透過膜10を備える燃料電池を製造する際には、水素透過膜10上に電解質層32を成膜した後に、ステップS130の酸化処理を行なっても良い。   In the hydrogen permeable membrane provided in the fuel cell shown in FIG. 9, unlike the hydrogen permeable membrane 10 shown in FIG. 1, the metal coating layer and the intermediate layer are not provided on the surface in contact with the electrolyte layer 32. Is also possible. Further, when manufacturing a fuel cell including the hydrogen permeable membrane 10, the oxidation treatment in step S130 may be performed after the electrolyte layer 32 is formed on the hydrogen permeable membrane 10.

G.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
G. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

G1.変形例1:
水素透過膜を構成する各層を、第1実施例または第2実施例とは異なる金属により形成しても良い。例えば、実施例では金属ベース層12をVやVを主要な構成成分とする金属により形成しているが、他種の5族金属を含有する金属(単体を含む)により形成しても良い。
G1. Modification 1:
You may form each layer which comprises a hydrogen permeable film with the metal different from 1st Example or 2nd Example. For example, in the embodiment, the metal base layer 12 is formed of a metal having V or V as a main component, but may be formed of a metal (including a simple substance) containing another group 5 metal.

また、実施例の中間層14では、Crと共に中間層14を構成する金属としてTaを備えることとしたが、金属ベース層12と金属被覆層16との間の金属拡散を抑制可能であれば、異なる水素透過性金属を用いても良い。中間層14を構成する金属としては、特に、金属ベース層12および金属被覆層16よりも融点が高い金属(以下、高融点金属と呼ぶ)により形成することが好ましい。融点が高い金属は、一般に金属拡散し難いという性質を有しているため、高融点金属で中間層14を構成することにより、金属拡散防止の効果を高めることができる。例えば、Taの他、同じ5族金属であるニオブ(Nb)は、充分な水素透過性能を有すると共に高融点金属であるため好ましい。   Further, in the intermediate layer 14 of the example, Ta is included as a metal constituting the intermediate layer 14 together with Cr, but if metal diffusion between the metal base layer 12 and the metal coating layer 16 can be suppressed, Different hydrogen permeable metals may be used. In particular, the metal constituting the intermediate layer 14 is preferably formed of a metal having a higher melting point than the metal base layer 12 and the metal coating layer 16 (hereinafter referred to as a refractory metal). Since a metal having a high melting point generally has a property that it is difficult to diffuse the metal, the effect of preventing metal diffusion can be enhanced by forming the intermediate layer 14 with a high melting point metal. For example, in addition to Ta, niobium (Nb), which is the same Group 5 metal, is preferable because it has sufficient hydrogen permeation performance and is a high melting point metal.

G2.変形例2:
第1実施例または第2実施例の水素透過膜では、水素透過膜を、水素透過性を有する金属薄膜の自立膜としたが、ガス透過性を有する多孔質基材上に水素透過性金属を担持させることにより水素透過膜を形成してもよい。すなわち、金属被覆層、中間層、金属ベース層、中間層、金属被覆層の順で積層された金属層を、薄板状の多孔質体の上に順次形成し、水素透過膜としてもよい。このように多孔質基材上に担持された水素透過膜は、例えば、図8に示した水素抽出装置において、実施例の水素透過膜10に代えて用いることができる。例えば、第1実施例の水素透過膜を上記構成に適用する場合には、多孔質体上に水素透過膜を成膜した後に全体を酸化処理して、金属ベース層12において、中間層14の結晶構造上の間隙に対応する位置に、酸化クロムを形成させればよい。
G2. Modification 2:
In the hydrogen permeable membrane of the first embodiment or the second embodiment, the hydrogen permeable membrane is a self-supporting membrane of a metal thin film having hydrogen permeability. However, the hydrogen permeable metal is formed on a porous substrate having gas permeability. A hydrogen permeable membrane may be formed by supporting it. That is, a metal layer laminated in the order of a metal coating layer, an intermediate layer, a metal base layer, an intermediate layer, and a metal coating layer may be sequentially formed on a thin plate-like porous body to form a hydrogen permeable membrane. Thus, the hydrogen permeable membrane carry | supported on the porous base material can be used instead of the hydrogen permeable membrane 10 of an Example in the hydrogen extraction apparatus shown in FIG. 8, for example. For example, in the case where the hydrogen permeable membrane of the first embodiment is applied to the above-described configuration, after the hydrogen permeable membrane is formed on the porous body, the whole is oxidized to form the intermediate layer 14 in the metal base layer 12. Chromium oxide may be formed at a position corresponding to the gap on the crystal structure.

第1実施例の水素透過膜の構成の概略を表わす断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram showing the outline of a structure of the hydrogen permeable film of 1st Example. 第1実施例の水素透過膜の製造方法を表わす工程図である。It is process drawing showing the manufacturing method of the hydrogen permeable film of 1st Example. 金属ベース層表面で複合酸化物が形成される様子を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically a mode that complex oxide is formed in the metal base layer surface. 第1実施例の第2の変形例の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the 2nd modification of 1st Example. 第1実施例の第6の変形例の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the 6th modification of 1st Example. 中間層14表面で酸化物が形成される様子を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically a mode that an oxide is formed in the intermediate | middle layer 14 surface. 第2実施例の第1の変形例の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the 1st modification of 2nd Example. 水素抽出装置の構成を表わす断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram showing the structure of a hydrogen extraction apparatus. 燃料電池の構成の一例を表わす断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram showing an example of a structure of a fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

10…水素透過膜
12…金属ベース層
14…中間層
16…金属被覆層
20…水素抽出装置
22…支持部
24…水素含有ガス路
26…パージガス路
30…単セル
31…MEA
32…電解質層
34…カソード電極
36,37…ガスセパレータ
38…単セル内燃料ガス流路
39…単セル内酸化ガス流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Hydrogen permeable membrane 12 ... Metal base layer 14 ... Intermediate | middle layer 16 ... Metal coating layer 20 ... Hydrogen extraction apparatus 22 ... Supporting part 24 ... Hydrogen-containing gas path 26 ... Purge gas path 30 ... Single cell 31 ... MEA
32 ... Electrolyte layer 34 ... Cathode electrode 36, 37 ... Gas separator 38 ... Fuel gas flow path in single cell 39 ... Oxidizing gas flow path in single cell

Claims (28)

水素を選択的に透過させる水素透過膜の製造方法であって、
(a)5族金属と、酸化、窒化あるいは炭化され得る第2の成分とを含有する金属ベース層を用意する第1工程と、
(b)前記金属ベース層の表面上に所定の金属層を成膜して多層構造を形成する工程であって、前記多層構造の表面にはパラジウム(Pd)を含有する金属被覆層を形成する第2工程と、
(c)前記第2成分を酸化、窒化あるいは炭化させる緻密化工程である第3工程と
を備える水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane that selectively permeates hydrogen,
(A) a first step of preparing a metal base layer containing a Group 5 metal and a second component that can be oxidized, nitrided or carbonized;
(B) forming a multilayer structure by forming a predetermined metal layer on the surface of the metal base layer, and forming a metal coating layer containing palladium (Pd) on the surface of the multilayer structure. A second step;
(C) A hydrogen permeable membrane manufacturing method comprising: a third step which is a densification step of oxidizing, nitriding or carbonizing the second component.
請求項1記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第1工程で用意する前記金属ベース層は、前記金属ベース層の表面を含む限られた領域のみに前記第2の成分を備える
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to claim 1,
The method for producing a hydrogen permeable membrane, wherein the metal base layer prepared in the first step includes the second component only in a limited region including the surface of the metal base layer.
請求項1または2記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第3工程は、前記第2工程において、前記金属ベース層上に前記所定の金属層を成膜する際に、前記所定の金属層の少なくとも一部の層を形成した後に、前記第2成分を酸化、窒化あるいは炭化させる工程である
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to claim 1 or 2,
In the second step, when forming the predetermined metal layer on the metal base layer in the second step, the second component is formed after forming at least a part of the predetermined metal layer. A method for producing a hydrogen permeable membrane, which is a step of oxidizing, nitriding or carbonizing the material.
水素を選択的に透過させる水素透過膜の製造方法であって、
(a)5族金属を含有する金属ベース層を用意する第1工程と、
(b)前記金属ベース層上に、酸化、窒化あるいは炭化され得る第2の成分を含有する中間層を形成する第2工程と、
(c)前記中間層上に、パラジウム(Pd)を含有する金属被覆層を形成する第3工程と、
(d)前記第2成分を酸化、窒化あるいは炭化させる緻密化工程である第4工程と
を備える水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane that selectively permeates hydrogen,
(A) a first step of preparing a metal base layer containing a Group 5 metal;
(B) a second step of forming an intermediate layer containing a second component that can be oxidized, nitrided or carbonized on the metal base layer;
(C) a third step of forming a metal coating layer containing palladium (Pd) on the intermediate layer;
(D) A method for producing a hydrogen permeable membrane, comprising: a fourth step which is a densification step of oxidizing, nitriding or carbonizing the second component.
請求項4記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第2工程で形成する前記中間層は、前記第2の成分に加えて、前記金属ベース層および前記金属被覆層よりも融点が高い高融点金属をさらに備える
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to claim 4,
The intermediate layer formed in the second step further includes a refractory metal having a higher melting point than the metal base layer and the metal coating layer, in addition to the second component.
請求項5記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第2工程は、前記金属ベース層側に配置される第1の層と、前記金属被覆層側に配置される第2の層とから成る前記中間層を形成する工程であり、
前記第1の層は、前記第2の層に比べて、前記高融点金属の含有割合が高く、前記第2の成分の含有割合が低い
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to claim 5,
The second step is a step of forming the intermediate layer composed of a first layer disposed on the metal base layer side and a second layer disposed on the metal coating layer side,
The method for producing a hydrogen permeable membrane, wherein the first layer has a higher content of the refractory metal and a lower content of the second component than the second layer.
請求項4ないし6いずれか記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第4の工程は、前記第3の工程の後に、前記第2成分を酸化、窒化あるいは炭化させる工程である
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to any one of claims 4 to 6,
The fourth step is a step of oxidizing, nitriding or carbonizing the second component after the third step.
請求項1ないし7いずれか記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第2の成分は、クロム(Cr),アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),鉄(Fe),銅(Cu),モリブデン(Mo),ジルコニウム(Zr)から選択される元素であり、
前記緻密化工程は、前記第2の成分を酸化させる工程である
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to any one of claims 1 to 7,
The second component is selected from chromium (Cr), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), iron (Fe), copper (Cu), molybdenum (Mo), and zirconium (Zr). Element,
The densification step is a step of oxidizing the second component. A method for producing a hydrogen permeable membrane.
請求項1ないし7いずれか記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第2の成分は、前記5族金属の酸化物の融点よりも高い融点を有する複合酸化物を前記5族金属と共に形成する元素であり、
前記緻密化工程は、前記第2成分を酸化させる工程である
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to any one of claims 1 to 7,
The second component is an element that forms, together with the Group 5 metal, a composite oxide having a melting point higher than the melting point of the Group 5 metal oxide,
The densification step is a step of oxidizing the second component. A method for producing a hydrogen permeable membrane.
請求項9記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第2の成分は、クロム(Cr),マグネシウム(Mg),カルシウム(Ca)から選択される元素である
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to claim 9,
The second component is an element selected from chromium (Cr), magnesium (Mg), and calcium (Ca).
請求項1ないし3いずれか記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第2の成分は、前記5族金属よりも酸化されやすい元素である
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to any one of claims 1 to 3,
The method for producing a hydrogen permeable membrane, wherein the second component is an element that is more easily oxidized than the Group 5 metal.
請求項11記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第2の成分は、アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),ジルコニウム(Zr),タンタル(Ta),ガドリニウム(Gd),ニオブ(Nb),タングステン(W),セリウム(Ce),イットリウム(Y),イッテルビウム(Yb),ネオジム(Nd),プラセオジム(Pr)から選択される元素である
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to claim 11,
The second component includes aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), zirconium (Zr), tantalum (Ta), gadolinium (Gd), niobium (Nb), tungsten (W), cerium (Ce). ), Yttrium (Y), ytterbium (Yb), neodymium (Nd), and praseodymium (Pr).
請求項1ないし7いずれか記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第2の成分は、クロム(Cr),アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),鉄(Fe)から選択される元素であり、
前記緻密化工程は、前記第2の成分を窒化させる工程である
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to any one of claims 1 to 7,
The second component is an element selected from chromium (Cr), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), iron (Fe),
The densification step is a step of nitriding the second component. A method for producing a hydrogen permeable membrane.
請求項1ないし3いずれか記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第2の成分は、前記5族金属よりも窒化されやすい元素である
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to any one of claims 1 to 3,
The method for producing a hydrogen permeable membrane, wherein the second component is an element that is more easily nitrided than the Group 5 metal.
請求項14記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第2の成分は、アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),ジルコニウム(Zr),マグネシウム(Mg),カルシウム(Ca),ホウ素(B)から選択される元素である
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to claim 14,
The second component is an element selected from aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), zirconium (Zr), magnesium (Mg), calcium (Ca), and boron (B). A method for producing a membrane.
請求項1ないし7いずれか記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第2の成分は、ケイ素(Si)およびチタン(Ti)から選択される元素であり、
前記緻密化工程は、前記第2の成分を炭化させる工程である
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to any one of claims 1 to 7,
The second component is an element selected from silicon (Si) and titanium (Ti),
The densification step is a step of carbonizing the second component. A method for producing a hydrogen permeable membrane.
請求項1ないし3いずれか記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第2の成分は、前記5族金属よりも炭化されやすい元素である
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to any one of claims 1 to 3,
The method for producing a hydrogen permeable membrane, wherein the second component is an element that is more easily carbonized than the Group 5 metal.
請求項17記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第2の成分は、クロム(Cr),チタン(Ti),ジルコニウム(Zr),タンタル(Ta),モリブデン(Mo)から選択される元素である
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to claim 17,
The method for producing a hydrogen permeable film, wherein the second component is an element selected from chromium (Cr), titanium (Ti), zirconium (Zr), tantalum (Ta), and molybdenum (Mo).
水素を選択的に透過させる水素透過膜の製造方法であって、
(a)5族金属を含有する金属ベース層であって、少なくとも該金属ベース層表面を含む領域に、酸化、窒化あるいは炭化され得る第2の成分を含有する金属ベース層を用意する第1工程と、
(b)前記第2の元素を含有する前記金属ベース層の表面上に、所定の金属層を順次成膜して多層構造を形成する際に、パラジウム(Pd)を含有する金属被覆層を前記多層構造の表面に形成する第2工程と
を備える水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane that selectively permeates hydrogen,
(A) a first step of preparing a metal base layer containing a Group 5 metal, the metal base layer containing a second component which can be oxidized, nitrided or carbonized at least in a region including the surface of the metal base layer When,
(B) When forming a multilayer structure by sequentially forming a predetermined metal layer on the surface of the metal base layer containing the second element, the metal coating layer containing palladium (Pd) And a second step of forming on the surface of the multilayer structure.
水素を選択的に透過させる水素透過膜の製造方法であって、
(a)5族金属を含有する金属ベース層を用意する第1工程と、
(b)前記金属ベース層上に中間層を形成する第2工程と、
(c)前記中間層上に、パラジウム(Pd)を含有する金属被覆層を形成する第3工程と
を備え、
前記第2工程は、前記金属ベース層および前記金属被覆層とは異なる組成の水素透過性金属と共に、酸化、窒化あるいは炭化され得る第2の成分を含有し、結晶構造を有する層を、前記中間層として形成する工程である
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane that selectively permeates hydrogen,
(A) a first step of preparing a metal base layer containing a Group 5 metal;
(B) a second step of forming a middle-layer on the metal base layer,
(C) a third step of forming a metal coating layer containing palladium (Pd) on the intermediate layer;
With
The second step includes a layer having a crystal structure containing a second component that can be oxidized, nitrided, or carbonized together with a hydrogen permeable metal having a composition different from that of the metal base layer and the metal coating layer. A method for producing a hydrogen permeable membrane, which is a step of forming a layer .
請求項19または20記載の水素透過膜の製造方法であって、
前記第2の成分は、クロム(Cr),アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),鉄(Fe),銅(Cu),モリブデン(Mo),ジルコニウム(Zr),マグネシウム(Mg),カルシウム(Ca),タンタル(Ta),ガドリニウム(Gd),ニオブ(Nb),タングステン(W),セリウム(Ce),イットリウム(Y),イッテルビウム(Yb),ネオジム(Nd),プラセオジム(Pr),ホウ素(B)から選択される元素である
水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to claim 19 or 20,
The second component includes chromium (Cr), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), iron (Fe), copper (Cu), molybdenum (Mo), zirconium (Zr), magnesium (Mg). ), Calcium (Ca), tantalum (Ta), gadolinium (Gd), niobium (Nb), tungsten (W), cerium (Ce), yttrium (Y), ytterbium (Yb), neodymium (Nd), praseodymium (Pr) ), A method for producing a hydrogen permeable membrane which is an element selected from boron (B).
水素を選択的に透過させる水素透過膜であって、
請求項1ないし21いずれか記載の方法により製造された水素透過膜。
A hydrogen permeable membrane that selectively permeates hydrogen,
A hydrogen permeable membrane produced by the method according to claim 1.
水素を選択的に透過させる水素透過膜であって、
5族金属を含有する金属ベース層と、
前記水素透過膜の少なくとも一方の表面に設けられ、パラジウム(Pd)を備える金属被覆層と、
を含む複数の層を積層して成り、
前記金属ベース層は、該金属ベース層に隣接する層との接触面を含む領域に、酸化、窒化あるいは炭化され得る第2の成分を含有する
水素透過膜。
A hydrogen permeable membrane that selectively permeates hydrogen,
A metal base layer containing a Group 5 metal;
A metal coating layer provided on at least one surface of the hydrogen permeable membrane and comprising palladium (Pd);
A plurality of layers including
The metal base layer contains a second component that can be oxidized, nitrided or carbonized in a region including a contact surface with a layer adjacent to the metal base layer.
水素を選択的に透過させる水素透過膜であって、
5族金属を含有する金属ベース層と、
前記水素透過膜の少なくとも一方の表面に設けられ、パラジウム(Pd)を含有する金属被覆層と、
前記金属ベース層と前記金属被覆層との間に設けられ、前記金属ベース層および前記金属被覆層とは異なる組成の水素透過性金属と共に、酸化、窒化、あるいは炭化され得る第2の成分を含有し、結晶構造を有する中間層と
を備える水素透過膜。
A hydrogen permeable membrane that selectively permeates hydrogen,
A metal base layer containing a Group 5 metal;
A metal coating layer provided on at least one surface of the hydrogen permeable membrane and containing palladium (Pd);
A second component which is provided between the metal base layer and the metal coating layer and which can be oxidized, nitrided or carbonized together with a hydrogen permeable metal having a composition different from that of the metal base layer and the metal coating layer. And a hydrogen permeable membrane comprising an intermediate layer having a crystal structure .
請求項23または24載の水素透過膜であって、
前記第2の成分は、クロム(Cr),アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),鉄(Fe),銅(Cu),モリブデン(Mo),ジルコニウム(Zr),マグネシウム(Mg),カルシウム(Ca),タンタル(Ta),ガドリニウム(Gd),ニオブ(Nb),タングステン(W),セリウム(Ce),イットリウム(Y),イッテルビウム(Yb),ネオジム(Nd),プラセオジム(Pr),ホウ素(B)から選択される元素である
水素透過膜。
A hydrogen-permeable membrane according to claim 23 or 24 Symbol mounting,
The second component includes chromium (Cr), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), iron (Fe), copper (Cu), molybdenum (Mo), zirconium (Zr), magnesium (Mg). ), Calcium (Ca), tantalum (Ta), gadolinium (Gd), niobium (Nb), tungsten (W), cerium (Ce), yttrium (Y), ytterbium (Yb), neodymium (Nd), praseodymium (Pr) ), A hydrogen permeable membrane which is an element selected from boron (B).
水素を選択的に透過させる水素透過膜であって、
5族金属を含有する金属ベース層と、
前記水素透過膜の少なくとも一方の表面に設けられると共に、パラジウム(Pd)を備える金属被覆層と、
を含む複数の層を積層して成り、
前記金属ベース層は、該金属ベース層に隣接する層との接触面において、酸化物、窒化物あるいは炭化物を備える
水素透過膜。
A hydrogen permeable membrane that selectively permeates hydrogen,
A metal base layer containing a Group 5 metal;
A metal coating layer provided on at least one surface of the hydrogen permeable membrane and comprising palladium (Pd);
A plurality of layers including
The metal base layer includes an oxide, a nitride, or a carbide at a contact surface with a layer adjacent to the metal base layer.
水素を選択的に透過させる水素透過膜であって、
5族金属を含有する金属ベース層と、
前記水素透過膜の少なくとも一方の表面に設けられると共に、パラジウム(Pd)を備える金属被覆層と、
前記金属ベース層と前記金属被覆層との間に設けられる中間層であって、該中間層よりも前記表面側に配置されて該中間層に隣接する層との接触面において、窒化物、あるいは炭化物を備える中間層と
を備える水素透過膜。
A hydrogen permeable membrane that selectively permeates hydrogen,
A metal base layer containing a Group 5 metal;
A metal coating layer provided on at least one surface of the hydrogen permeable membrane and comprising palladium (Pd);
Wherein an intermediate layer that is provided between the metal base layer and the metal coating layer, the contact surface of the layer disposed on the surface side of the intermediate layer adjacent to the intermediate layer, nitride compound, or hydrogen permeable membrane and an intermediate layer comprising a carbide.
水素を選択的に透過させる水素透過膜であって、
5族金属を含有する金属ベース層と、
前記水素透過膜の少なくとも一方の表面に設けられると共に、パラジウム(Pd)を備える金属被覆層と、
前記金属ベース層と前記金属被覆層との間に設けられ、前記金属ベース層および前記金属被覆層とは異なる組成の水素透過性金属と、第2の成分とを備えて結晶構造を有する中間層と
を備え、
前記中間層は、該中間層における結晶構造上の間隙に、前記第2の成分を含有する酸化物、窒化物あるいは炭化物を備える
水素透過膜。
A hydrogen permeable membrane that selectively permeates hydrogen,
A metal base layer containing a Group 5 metal;
A metal coating layer provided on at least one surface of the hydrogen permeable membrane and comprising palladium (Pd);
An intermediate layer provided between the metal base layer and the metal coating layer, comprising a hydrogen permeable metal having a composition different from that of the metal base layer and the metal coating layer, and a second component and having a crystal structure And
The intermediate layer includes an oxide, nitride, or carbide containing the second component in a gap on the crystal structure in the intermediate layer.
JP2005231510A 2005-08-10 2005-08-10 Hydrogen permeable membrane and method for producing hydrogen permeable membrane Expired - Fee Related JP4665656B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005231510A JP4665656B2 (en) 2005-08-10 2005-08-10 Hydrogen permeable membrane and method for producing hydrogen permeable membrane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005231510A JP4665656B2 (en) 2005-08-10 2005-08-10 Hydrogen permeable membrane and method for producing hydrogen permeable membrane

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007044622A JP2007044622A (en) 2007-02-22
JP4665656B2 true JP4665656B2 (en) 2011-04-06

Family

ID=37847928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005231510A Expired - Fee Related JP4665656B2 (en) 2005-08-10 2005-08-10 Hydrogen permeable membrane and method for producing hydrogen permeable membrane

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4665656B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210095758A (en) * 2020-01-23 2021-08-03 한국에너지기술연구원 Membrane Module with Tubular Hydrogen Separator designed to increase hydrogen recovery and Device and Process for hydrogen production using the same

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5548996B2 (en) * 2011-04-06 2014-07-16 東京瓦斯株式会社 Method for producing hydrogen separation membrane
KR20150018923A (en) * 2013-08-09 2015-02-25 삼성전자주식회사 Separation membrane, hydrogen separation membrane including separation membrane and device including hydrogen separation membrane

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5393325A (en) * 1990-08-10 1995-02-28 Bend Research, Inc. Composite hydrogen separation metal membrane
JP2000126565A (en) * 1998-10-28 2000-05-09 Toyota Motor Corp Manufacturing method of hydrogen separation material
JP2000159503A (en) * 1998-11-20 2000-06-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Hydrogen separating film of niobium alloy
JP2001286742A (en) * 2000-04-10 2001-10-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Hydrogen separation membrane
JPWO2002045832A1 (en) * 2000-12-05 2004-04-08 住友電気工業株式会社 Hydrogen permeable structure and manufacturing method thereof
JP3867539B2 (en) * 2001-10-02 2007-01-10 トヨタ自動車株式会社 Hydrogen permeable membrane and method for producing the same
JP3801061B2 (en) * 2002-02-04 2006-07-26 トヨタ自動車株式会社 Hydrogen permeable membrane
JP4512863B2 (en) * 2002-10-31 2010-07-28 パナソニック株式会社 Hydrogen separation permeable membrane, its production method and hydrogen generation and separation device
JP2004188347A (en) * 2002-12-12 2004-07-08 Sumitomo Electric Ind Ltd Hydrogen separation structure and method for producing the same
JP2004344731A (en) * 2003-05-21 2004-12-09 Toyota Motor Corp Hydrogen permeable membrane

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210095758A (en) * 2020-01-23 2021-08-03 한국에너지기술연구원 Membrane Module with Tubular Hydrogen Separator designed to increase hydrogen recovery and Device and Process for hydrogen production using the same
KR102298046B1 (en) * 2020-01-23 2021-09-07 한국에너지기술연구원 Membrane Module with Tubular Hydrogen Separator designed to increase hydrogen recovery and Device and Process for hydrogen production using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007044622A (en) 2007-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20040043277A1 (en) Electrolyte membrane for fuel cell operable in medium temperature range, fuel cell using the same, and manufacturing methods therefor
JP3867539B2 (en) Hydrogen permeable membrane and method for producing the same
JP2002126474A (en) Supported metal membrane, method of producing the same and use of the same
KR20140016947A (en) Sintering additives for ceramic devices obtainable in a low po2 atmosphere
WO2004084333A1 (en) Fuel cell and method for producing electrolyte membrane for fuel cell
KR100836551B1 (en) Hydrogen permeable membrane, fuel cell and hydrogen extracting apparatus equipped with the hydrogen permeable membrane, and method of manufacturing the hydrogen permeable membrane
JP4665656B2 (en) Hydrogen permeable membrane and method for producing hydrogen permeable membrane
JP4506259B2 (en) Fuel cell electrolyte layer, fuel cell, and method for producing fuel cell electrolyte layer
JP4661444B2 (en) Hydrogen permeable membrane and method for producing hydrogen permeable membrane
JP2004344731A (en) Hydrogen permeable membrane
JP2020087792A (en) Fuel cell stack and manufacturing method thereof
JP2006239526A (en) Hydrogen permeable membrane and method for producing hydrogen permeable membrane
JP2003320226A (en) Hydrogen permeable membrane and hydrogen extraction device
JP2006040762A (en) Support for fuel cell, fuel cell and fuel cell
JP2006032192A (en) Fuel cell, hydrogen separation membrane module, and manufacturing method thereof
JP4329707B2 (en) Hydrogen permeable membrane and method for producing hydrogen permeable membrane
JP4329706B2 (en) Hydrogen permeable membrane and method for producing hydrogen permeable membrane
JP4329708B2 (en) Hydrogen permeable membrane and method for producing hydrogen permeable membrane
JP2006239525A (en) Hydrogen permeable membrane and method for producing hydrogen permeable membrane
JP2006164821A (en) Fuel cell
JP5895112B1 (en) Fuel cell
JP4470699B2 (en) Hydrogen permeable membrane, method for producing the hydrogen permeable membrane, and apparatus comprising the hydrogen permeable membrane
JP2025167177A (en) Solid oxide fuel cell, method for manufacturing solid oxide fuel cell, and solid oxide electrolysis cell
JP4222225B2 (en) Fuel cell and manufacturing method thereof
JP2005327586A (en) Fuel cell manufacturing method and fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080415

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101005

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101125

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20101214

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20101227

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140121

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4665656

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140121

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees