ナノ間隙サイトの導入による高容量水素貯蔵物質の創製

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350371
• Research Institution: HIROSHIMA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 藤井 博信 広島大学, 自然科学研究支援開発センター, 教授 (30034573)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 下條 冬樹 熊本大学, 理学部, 助教授 (60253027) ; 折茂 慎一 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (40284129) ; 市川 貴之 広島大学, 自然科学研究支援開発センター, 助手 (10346463)
• Keywords: 水素貯蔵 / リチウム窒素化合物 / ナノ構造化グラファイト / 触媒効果 / ナノ複合化マグネシウム / 燃料電池

Research Abstract

我々のグループでは、リチウム系、グラファイト系およびマグネシウム系の水素貯蔵材料の開発を目指して、基盤となる水素貯蔵特性と構造との相関に関する研究を行ってきた。平成15年度は、リチウム窒化物に注目し、リチウムアミド(LiNH_2)と水素化リチウム(LiH)を1:1の等量比で混合し、それに、塩化チタン(TiCl_3)を少量添加し、機械的ミリング処理を行うごとによって、リチウムイミド(Li_2NH)前駆体を生成した。その水素放出特性を評価したところ、6wt%の水素を150-200℃の温度で吸蔵・放出することが明らかとなった。現在、このリチウムイミド前駆体は、水素貯蔵材料として有望な材料として世界中から注目されている。さらに、この固相(リチウムアミド)-固相(水素化リチウム)の反応が、温度上昇とともに、一次化学反応にしたがって、水素を放出している事実を明らかにした。この起源を追求したところ、実はこの固相-固相反応は、アンモニアガスを仲介とした2つの素反応によって支配されていることを明らかにした。熱力学的な考察より、本系は100℃以下の低温で水素吸放出反応を促進させることが可能であり、今後更なる改良研究に着手する。一方、ナノ構造化グラファイト系については、触媒効果の実験を行い、ナノサイズの鉄が水素雰囲気中でミリング処理することによって多量の水素を吸蔵する触媒作用を持っていることが明らかとなった。現在、さらに、熱処理効果によるナノポーラス化グラファイトの生成によって、不安定な水素貯蔵量を増加させる研究に取り組んでいる。マグネシウム系については、マグネシウム水素化物MgH_2にナノメートルサイズのニッケルを触媒として、2at.%を添加し、ミリング処理することによって、6.5wt%の水素を-200℃の温度で、速やかに放出する材料創製技術を確立することが出来た。

Research Products

• [Publications] P.Wang, S.Orimo, K.Tanabe, H.Fujii: "Hydrogen in mechanically milled amorphous boron"Alloys and Compounds. 350. 218-221 (2003)
• [Publications] H.Fujii, S.Orimo: "Hydrogen storage properties in nano-structured magnesium and carbon-related materials"Physica B. 328. 77-80 (2003)
• [Publications] D.M.Chen, T.Ichikawa, H.Fujii et al.: "Unusual hydrogen absorption properties in graphite mechanically milled under various hydrogen pressures up to 6MPa"J.Alloys and Compounds. 354. L5-L9 (2003)
• [Publications] S.Orimo, A.Zuttel, L.Schlapbach, G.Majer, T.Fukunaga, H.Fujii: "Hydrogen interaction with carbon nanostructures : current situation and future prospects"J.Alloys and Compounds. 356-357. 716-719 (2003)
• [Publications] N.Hanada, S.Orimo, H.Fujii: "Hydriding properties of ordered-/disordered-Mg based ternary Laves phase structures"J.Alloys and Compounds. 356-357. 429-432 (2003)
• [Publications] K.Itoh, Y.Miyahara, S.Orimo, H.Fujii et al.: "The local structure of hydrogen storage nanocrystalline graphite by neutron scattering"J.Alloys and Compounds. 356-357. 608-611 (2003)
• [Publications] P.Wang, S.Onrimo, H.Fujii: "Characterization of hydrogenated amorphous boron by a combination of infrared absorption spectroscopy and thermal analyses"J.Alloys and Compounds. 359. L1-L3 (2003)
• [Publications] H.Fujii, J.I.Gottward, T.Ichikawa: "Recent development on hydrogen storage systems"Fuel Chemistry Divition Preprints. 47. 523-524 (2003)
• [Publications] P.Wang, H.Fujii, S.Orimo, M.Udagawa: "Preliminary study on mechanically milled hydrogenated nanostructured B_4C"J.Allys and Compounds. 363. L3-L6 (2003)
• [Publications] S.Isobe, T.Ichikawa, J.Gottwald, E.Gomibuchi, H.Fujii: "Catalytic effect of 3d transition metals on hydrogen storage properties in mechanically milled graphite"J.Phys.Chem.Solids. 65. 535-539 (2004)
• [Publications] T.Ichikawa, S.Isobe, N.Hanada, H.Fujii: "Lithium Nitride for Reversible Hydrogen Storage"Alloys and Compounds. 365. 271-276 (2004)
• [Publications] N.Hanada, T.Ichikawa, S.Orimo, H.Fujii: "Correlation between hydrogen storage properties and structural characteristics in mechanically milled magnesium hydride MgH_2"J.Alloys and Compounds. 366. 269-273 (2004)
• [Publications] 藤井博信: "第17回「大学と科学」公開シンポジューム講演収録集21世紀を拓く水素の世界-新しい材料とクリーンエネルギー「カ-ボン系材料」"編集者 岡田 益男 株式会社クバプロ 松田 国博. 199 (2003)