【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
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