【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.19】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24HK0027

利用課題名 / Title

軽量HEAの開発および水素貯蔵への応用

利用した実施機関 / Support Institute

北海道大学 / Hokkaido Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

電子顕微鏡/ Electronic microscope,水素貯蔵/ Hydrogen storage

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

礒部 繁人

所属名 / Affiliation

北海道大学大学院工学研究院材料科学部門

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

谷岡 隆志

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

HK-107：量子・電子制御ナノマテリアル顕微物性測定装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

水素エネルギーの高効率利用のため、水素貯蔵技術の発展が求められている。その1つである水素吸蔵合金の開発課題として、重量水素密度の向上が挙げられる。水素吸蔵合金の水素貯蔵特性は組成に影響されるため、ハイエントロピー合金（HEA）が組成の幅広さから注目されており、重量水素密度の向上を目指して軽金属を含む軽量HEAが研究されている。LiHは重量水素密度 が非常に高い が、Liを軽量HEAの構成元素として用いた例は少ない。本研究では水素吸蔵合金の更なる軽量化を図り、Li及びMgが主成分の軽量HEAを創製し、その水素貯蔵特性評価を行った。

実験 / Experimental

高周波誘導溶解炉を用いてLiとMgの組成比が1:1となるようにLiMg合金を作製し供試材とした。続いて、遊星型ボールミルによりLi₃₀Mg₃₀Ti₂₀V₁₀Nb₁₀を作製した。この際プロセス制御剤としてステアリン酸を5 wt.%添加した。作製した試料に対してジーベルツ型装置を用いて水素吸蔵曲線を測定した。その後、熱重量-示差熱分析（TG-DTA）を用いて水素放出特性を評価した。さらに、粉末X線回折（XRD）を用いて水素吸蔵・放出による結晶構造変化の有無を確認した。重水素化した試料に対して固体核磁気共鳴（NMR）を用いて重水素の化学状態を調査した。

結果と考察 / Results and Discussion

Li₃₀Mg₃₀Ti₂₀V₁₀Nb₁₀は約10分で1.8 wt.%の水素を吸蔵し、4時間で2.0 wt.%の水素を吸蔵した。TG-DTA結果からLi₃₀Mg₃₀Ti₂₀V₁₀Nb₁₀は約150 ℃から水素を放出し始めて、400 ℃に達するまでに1.3 wt.%の水素を放出することがわかった。水素吸蔵・放出による結晶構造変化をXRD測定により調査した。いずれの試料にもFCC構造由来のピークが見られた。水素吸蔵によりMgH₂由来のピークが現れ、FCC相の格子定数は増大した。この結果及びNMR結果から、Li₃₀Mg₃₀Ti₂₀V₁₀Nb₁₀が吸蔵した水素の化学状態はMgH₂及びFCC相への固溶水素の2種類存在することがわかった。TG-DTA後の試料にはMgH₂由来のピークは見られず、MgH₂由来のピークと比較して不明瞭なMg由来のピークが見られた。また、TG-DTA後のFCC相の格子定数は水素吸蔵後と比べて減少した。水素放出量は水素吸蔵量の65 %であったが、2種類の化学状態で存在した水素は400 ℃までの加熱によってどちらも放出された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件