Mechanism and control of hydrogen storage and supply reactions under inner stress field induced by nano-interface with immiscible metals
| Project/Area Number |
21H01744
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 28010:Nanometer-scale chemistry-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
浅野 耕太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (30415640)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
Kim Hyunjeong 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (00614645)
和田 武 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10431602)
榊 浩司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究グループ長 (20392615)
片岡 理樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (20737994)
CHARBONNIER Veronique 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究員 (30880801)
小川 智史 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (70739101)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | エネルギー関連材料 / 水素貯蔵材料 / ナノ構造制御 / 構造解析 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、再生可能エネルギー導入拡大に向けて、電力の安全・安定供給に利用する高水素密度かつ低材料コストの水素貯蔵材料を開発する。軽量で安価なマグネシウムなどをベースとして、これまでの課題であった高い反応温度を低下させることを目的とする。産総研、名古屋大学および東北大学がそれぞれ独自にもつ材料創製法を駆使することで、目的とする材料と水素の反応温度低下を実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高水素密度かつ低材料コストの水素貯蔵材料の創製を目的とする。希少遷移金属の使用から脱却し、MgH2およびYH3といった水素の高密度貯蔵に有望である金属水素化物の課題であった高い反応温度を低下させるべく、非混合性の異種金属との複合化をナノスケールで進めた。金属水素化物の熱力学的な安定性を制御する鍵は、構造のひずみあるいは変化にあり、ナノスケール化による界面または表面の原子配列に起因した内部応力の発生を利用する。
2021年度はMg-Mn系薄膜合金試料を用いた水素吸蔵放出反応評価により、Mgサイズのナノスケール化により起こるMgH2の不安定化は低温ほど顕著になり、常温付近では最大で2.5桁程度の水素放出圧力の上昇が示唆された。粉体合金試料についてMgとMnの混合状態を調べた結果、機械的混合法に起因してMn中のMgは平らな形状をもち、さらなるサイズ縮小が必要であることが分かった。
2022年度はこれまでに試作した合金試料の水素吸蔵放出反応性評価を進め、特に金属溶湯脱成分法によるバルク体について、Mgサイズの縮小化に力を入れた。前駆合金の組成を工夫してMg溶湯に浸透させる際にMgが成長して粗大化することを妨げた。その結果これまでになく大幅な水素化物相の不安定化を示す兆候が得られた。
2023年度は新たにハイエントロピー合金とMgの薄膜合金試料を作製してその構造と水素吸蔵放出反応の評価を実施した。本研究で用いた同合金は5種の遷移金属から成り、その原子半径の違いから格子ひずみを生じ、隣り合ったナノスケールのMgH2をひずませることでさらなる不安定化が期待できる。実際にMgH2の平衡水素放出圧力の上昇が見られ、目的とする不安定化が観察されたが、一方でMgよりも安定な水素化物相を生成するTiなどが一部のMgH2を安定化してしまう効果も見られ、今後の合金組成の選別の方針を得た。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(16 results)
