反応層・伝熱層一体型塩化ニッケルワイヤーを用いたアンモニア貯蔵技術の開発

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K14303
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 窪田 光宏 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60345931)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 塩化ニッケル / アンモニア貯蔵 / ニッケルワイヤー / 塩化物化 / 熱・物質移動促進

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、次世代エネルギーキャリアの候補とされるアンモニアについて、塩化ニッケルによるアンモニアの吸収・放出反応を利用した高密度アンモニア貯蔵技術の実現を目指している。このための重要課題である塩化ニッケル充填層の熱・物質移動の大幅促進に向け、本研究ではニッケルワイヤーの直接塩化物化による反応層・伝熱層一体型の高伝熱性反応素材の調製ならびにアンモニア貯蔵容器の開発に取り組んでいる。
平成27年度はニッケルワイヤーの直接塩化物化による高伝熱性反応素材の調製を試みた。予備検討として、まず熱重量分析装置を用いて塩素ガス流通下での金属ニッケルおよび酸化ニッケル粉末の塩化物化を行った。つづいて、ニッケルワイヤーの直接塩化物化実験を実施した。具体的には、直径0.125～1 mmのニッケルワイヤーについて、反応温度（600～1000 ℃）、塩素ガス濃度（0.5～20 vol%）、反応時間（5分～5時間）を変化させて塩化物化を行うことにより、反応素材の調製を行った。さらに調製した反応素材について、SEM-EDSによる形態観察、Ni, Cl分布の確認、窒素吸着等温線測定による微細構造の発達の確認などを実施した。
この結果、同一反応温度、塩素ガス濃度下において、ニッケルと酸化ニッケルでは塩化物化開始温度が異なり、酸化ニッケルの方が塩化物化に高い反応温度を要することが再確認され、ニッケルの局所酸化により塩化ニッケルの生成を部分的に防ぐマスキングが可能であることが示された。また、塩素ガス流通によりニッケルワイヤーの外周部のみが塩化物化されて塩化ニッケルが生成することを確認するとともに、反応温度、塩素ガス濃度、反応時間の調整により塩化ニッケルの膜厚の制御が可能であることを示し、反応層・伝熱層一体型の高伝熱性反応素材の調製に関する基礎的知見が得られた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

平成27年度の研究実施により、本研究の目的の一つであるニッケルワイヤーの直接塩化物化による反応層・伝熱層一体型の高伝熱性反応素材の調製には成功したが、調製時のパラメータである反応温度、塩素ガス濃度、反応時間についての最適条件の決定にまでは至らなかった。

Strategy for Future Research Activity

平成27年度に引き続いて反応層・伝熱層一体型の高伝熱性反応素材の調製実績を積み上げるとともに、調製反応素材におけるアンモニアの吸収・脱離速度の定量的測定ならびに繰り返し反応特性の把握を実施し、最適調製条件を早急に決定する。
この最適調製条件の決定と並行して、反応素材を組み込んだ高密度アンモニア貯蔵容器の設計・試作を進め、反応素材の最適調製条件が確立した後、速やかにアンモニアの貯蔵・放出試験に移行して研究を推進する。