2012 Fiscal Year Annual Research Report
水素雰囲気中における燃焼合成法による水素吸蔵合金の製造
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11J03412
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
安田 尚人 北海道大学, 大学院・工学院, 特別研究員(DC1)
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| Keywords | 燃焼合成 / 水素貯蔵 / 水素吸蔵合金 / エクセルギー / 気固反応 |
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| Research Abstract |
水素吸蔵合金の利用方法のひとつとして水素吸蔵・放出時の熱の出入りを利用することによるヒートポンプシステムの構築が提案されている。しかし、微粉化による合金の水素吸蔵能力および有効熱伝導率の低下や合金そのものの価格が高価であることが普及の大きな妨げとなっている。
よって本研究では合金コストの大幅な削減する製造技術の確立や合金の弱点である微粉化を補う材料との複合化を試みる。平成24年度は以下について研究を行った。
・イルメナイトを原料とするTiFe基合金の燃焼合成
イルメナイトを原料とし、酸化焙焼、水素還元を経た後、還元剤として金属Caを混合し水素中で加熱することで、Caの水素化時の生成熱を利用しTiFe合金の燃焼合成に成功した。TiFe系合金の燃焼合成反応はCaの水素化を契機とすること、合成時の水素圧力が高いほど着火温度が減少することを確認した。0.1MPaの水素雰囲気中で合成した合金は溶解法製の試薬と同等の水素吸蔵量を示した。
・水素吸蔵合金シートの開発と評価
合金粉末をアラミドおよび炭素繊維構造体中に固定した水素吸蔵合金シートを作製し、有効熱伝導率、水素吸蔵・放出を繰り返しに対する耐久性、合金の保持率等について評価した。炭素繊維含有量の増加に伴い、平面方向の有効熱伝導率が向上した。また水素吸蔵・放出を100回繰り返した後でも、合金や炭素繊維の脱落による重量変化は1mass%以下であった。さらにMHシートは合金粉末の水素吸蔵放出に伴う体積変化による反応容器にかかる応力低下にも有効であることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究成果に基づき、2報の学術投稿論文を執筆し、いずれも掲載済みとなっている。また3件の学会発表および2件の研究会での発表を行い、研究成果を積極的に発信している。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は当初の研究計画の通り、開発した水素吸蔵合金をケミカルヒートポンプシステムへ適用し性能を評価する。このケミカルヒートポンプは2種の合金間の平衡圧力差を駆動力として動作する。このため特に平衡圧力、ヒステリシスおよびプラトーの傾斜がヒートポンプの性能に大きく寄与する。本研究では燃焼合成法によりヒートポンプに適用可能な合金を開発し、システムに最適な合金の組み合わせを検討する。また本システムにおいては熱伝導が冷却能力に大きく寄与することから、合金層の伝熱促進が必須である。伝熱促進技術として水素吸蔵合金シートの利用を検討する。
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