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巨大ひずみ加工による水素貯蔵合金の開発

Research Project

Project/Area Number 10F00080
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Material processing/treatments
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

堀田 善治  九州大学, 工学研究院, 教授

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) EDALATI Kaveh  九州大学, 工学研究院, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2010 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2010: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Keywords高圧ねじり変形加工 / 巨大ひずみ加工 / 原子結合エネルギー / 水素拡散 / 微細結晶粒 / 水素貯蔵 / 金属間化合物 / FeTi / マグネシウム / 水素吸蔵
Research Abstract

本研究では、加工しても形状が変わらない巨大ひずみ加工法を利用して水素貯蔵特性の向上を目指すことを目的とした。巨大ひずみ加工法として超高圧ねじり変形(High-Pressure Torsion:HPT)法と呼ばれる加工技術を利用した。
この加工法は延性が低く強度の高い材料にも適用でき、格子欠陥が導入できることが特徴である。水素貯蔵合金には高強度で低延性の金属間化合物(FeTiやMg2Niなど)が適することが知られている。本研究では、前年度作製し、組織観察や硬度測定したTiFe金属間化合物の水素吸蔵・脱蔵特性をシーベルト型装置を用いて調べ、水素吸蔵・脱蔵メカニズムを考察した。
1.HPT加工したFeTiは活性化処理することなく水素吸蔵・脱蔵特性を示した。水素吸収量は1.7wt%とほぼ理論値(1.9wt%)に近い量となった。
2.HPT加工によるひずみ量の依存性を回転数0~10回転として調べたところ回転数が1/4回転でも水素吸蔵・脱蔵を示すことが分かった。
3.HPT加工したFeTi金属間化合物は長期に大気中に曝した後でも活性化処理することなく水素吸蔵・脱蔵特性を示した。
4.X線回折(XRD)、透過電子顕微鏡(TED)、走査電子顕微鏡(SEM)とともに、X線光電子分光法(XPS)、オージェ電子分光法(AES)で表面および内部組織観察を行ったところ、HPT加工で導入された格子欠陥により水素原子の拡散が高速に起こり、Fe酸化物の表面偏析が誘発され、同時に微小クラックが異種の酸化物の周りに形成されることで水素透過能が高まり、TiFeの内部にできた格子欠陥(たとえば転位)に水素がトラップされて圧力変化に対する水素脱像・吸蔵機能が高まったことが原因と考察された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

HPT加工をFeTi合金に適用したところ、活性化処理することなく水素吸蔵・脱蔵特性を示すことが分かった。HPT加工技術による水素貯蔵特性の高性能化が科学的証明されたばかりでなく、FeとTiのみのレアアースを含まない極めて安価な水素吸蔵合金の開発に成功できたことで、実用的にも水素ステーションなどの水素エネルギー貯蔵技術の大幅なコストダウンが期待できる結果となった。
本研究成果は、日本経済新聞(平成25年2月26日(火)朝刊)や讃費新聞(平成25年3月16日(土)朝刊)などでプレスリリースを行った。また、本研究開発技術の有効利用を目指して特許出願も行った。

Strategy for Future Research Activity

実用性を考慮して、HPT加工の大型化とともに、水素エネルギー貯蔵技術に適用していく場合の材料製造技術の開発が望まれる。

Report

(3 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2013 2012 2011 2010

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (3 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] High-pressure torsion of TiFe intermetallics for activation of hydrogen storage at room temperature with heterogeneous nanostructure2013

    • Author(s)
      Kaveh Edalati, Junko Matsuda, Hideaki Iwaoka, Shoichi Toh, Etsuo Akiba, Zenji Horita
    • Journal Title

      International Journal of Hydrogen Energy

      Volume: 38 Issue: 11 Pages: 4622-4627

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2013.01.185

    • NAID

      120005227395

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] In situ production of bulk intermetallic-based nanocomposites and nanostructured intermetallics by high-pressure torsion2012

    • Author(s)
      K.Edalati, S.Toh, M.Watanabed, Z.Horita
    • Journal Title

      Scripta Materialia

      Volume: 66 Issue: 6 Pages: 386-389

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2011.11.039

    • NAID

      120005227394

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-pressure torsion of pure metals : Influence of atomic bond parameters and stacking fault energy on grain size and correlation with hardness2011

    • Author(s)
      K.Edalati, Z.Horita
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 59 Issue: 13-14 Pages: 6831-6836

    • DOI

      10.1016/j.msea.2011.02.071

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Significance of temperature increase in processing by high-pressure torsion2011

    • Author(s)
      K.Edalatil, R.Miresmaeili, Z.Horital, H.Kanayama, R.Pippan
    • Journal Title

      Mater.Sci.Eng.

      Volume: A528 Issue: 24 Pages: 7301-7305

    • DOI

      10.1016/j.msea.2011.06.031

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-pressure torsion of pure magnesium : Evolution of mechanical properties, microstructures and hydrogen storage capacity with equivalent strain2011

    • Author(s)
      K.Edalati, Z.Horita, A.Yamamoto, T.Ishihara
    • Journal Title

      Scripta Materialia

      Volume: 64 Pages: 880-883

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Correlation of Physical Parameters with Steady-State Hardness of Pure Metals Processed by High-Pressure Torsion2011

    • Author(s)
      K.Edalati, Z.Horita
    • Journal Title

      Materials Science Forum

      Volume: 667-669 Pages: 683-688

    • NAID

      120005227407

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Correlations between hardness and atomic bond parameters of pure metals and semi-metals after processing by high-pressure torsion2011

    • Author(s)
      K.Edalati, Z.Horita
    • Journal Title

      Scripta Materialia

      Volume: 64 Pages: 161-164

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Hydrogen Storage in Nanostructured TiFe Processed by HPT2013

    • Author(s)
      Kaveh Edalati, Junko Matsuda, Hideaki Iwaoka, Shoichi Toh, Etsuo Akiba, Zenji Horita
    • Organizer
      日本金属学会春期講演大会
    • Place of Presentation
      東京理科大学
    • Year and Date
      2013-03-27
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Processing strip and wire specimens by continuous high-pressure torsion2011

    • Author(s)
      K.Edalati, Z.Horita
    • Organizer
      The 3rd International Symposium on Bulk Nanostructured Materials (BNM)
    • Place of Presentation
      Ufa State Aviation Technical University, Ufa, Russia
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Evolution of mechanical properties, microstructures and hydrogen storage capability in pure magnesium processed by high-pressure torsion2010

    • Author(s)
      K.Edalati, Z.Horita, A.Yamamoto, T.Ishihara
    • Organizer
      International Symposium on Giant Straining Process for Advanced Materials (GSAM2010)
    • Place of Presentation
      Fukuoka, Japan
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Book] Production of Multifunctional Materials Using Severe Plastic Deformation2011

    • Author(s)
      Zenji Horita
    • Total Pages
      108
    • Publisher
      Kyushu University Press
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] TiFe水素貯蔵合金、及びTiFe水素貯蔵合金の製造方法2013

    • Inventor(s)
      堀田善治、秋葉悦男、松田潤子、カペーエダラチ
    • Industrial Property Rights Holder
      堀田善治、秋葉悦男、松田潤子、カペーエダラチ
    • Industrial Property Number
      2013-054453
    • Filing Date
      2013-03-16
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

URL: 

Published: 2010-12-03   Modified: 2024-03-26  

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