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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of the mechanism for hydrogen storage ceramics using in-air ERDA

Research Project

Project/Area Number 18K04948
Research InstitutionWakasa wan Energy Research Center

Principal Investigator

鈴木 耕拓  公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター, 研究開発部, 主任研究員 (40705612)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 土屋 文  名城大学, 理工学部, 教授 (90302215)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords水素 / リチウムジルコネート / TOF-ERDA / XRD / 加熱ガス分析 / イオンビーム分析
Outline of Annual Research Achievements

リチウムジルコネート等の一部のセラミックは、大気中水蒸気を吸収し、加熱することで水素ガスを製造する能力を持つ。本研究ではイオンビームを用いた分析手法、X線回折、加熱ガス分析等により、この反応メカニズムについて検証した。
イオンビーム分析では、飛行時間とエネルギーを測定するTOF-ERDAを利用した。これまで、TOF-ERDAにより、水素が内部まで保持されていること、試料表面にリチウムが凝集していることが測定された。これに加え、試料内部のTOF-ERDA測定を実施したところ、内部でも水素は検出されたが、リチウム凝集は見られなかった。したがって、リチウム凝集は表面でのみ起こっていると確認された。これは、セラミック表面に大気中の水蒸気が付着し、リチウム・水素置換により水酸化リチウムが形成され、それが二酸化炭素と反応し炭酸リチウムが生成したシナリオを支持している。
セラミック製造後、および大気保管により水蒸気吸着後の試料をX線回折した結果、吸着後は結晶構造が崩れていることが分かった。また、吸着後の試料では炭酸リチウムのピーク構造が確認され、上記吸収シナリオと矛盾しない結果となった。
水蒸気を吸収させたセラミックを加熱ガス分析することにより、放出されるガスについて分析した。真空中で室温から600℃以上まで加熱しながら、Q-Massで測定した。300~400℃以上の領域においては、顕著に水素ガス量が増加している結果となり、水素ガスが生成されることが示唆された。
これらの結果により、特に水吸収に関しては一つのシナリオを提起することができた。さらに水素ガス放出過程の温度依存性についても確認することができた。

  • Research Products

    (7 results)

All 2021 2020

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Light element analysis of ceramics using in-air ERDA and TOF-ERDA2020

    • Author(s)
      Suzuki K.、Tsuchiya B.、Yasuda K.、Nakata Y.
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms

      Volume: 478 Pages: 169~173

    • DOI

      10.1016/j.nimb.2020.06.024

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Quantitative Ion Beam Analysis for Light Elements using In-air and High Depth Resolution Systems2020

    • Author(s)
      Suzuki Kohtaku、Ishigami Ryoya、Yasunaga Kazufumi、Yasuda Keisuke
    • Journal Title

      Transactions of the Materials Research Society of Japan

      Volume: 45 Pages: 97~101

    • DOI

      10.14723/tmrsj.45.97

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 常温水分解により吸収されたLiCoO2中の水素同位体その場分析2021

    • Author(s)
      加藤僚、宇佐見太毅、土屋文、鈴木耕拓、佐々木知子
    • Organizer
      日本金属学会 春の大会
  • [Presentation] In-Situ Hydrogen Analysis in Lithium-Cobalt Oxides by Water Uptake at Room Temperature Using Air-Elastic Recoil Detection2020

    • Author(s)
      R. Kato, T. Usami, B. Tsuchiya, T. Sasaki, and K. Suzuki
    • Organizer
      イオンビームによる表面・界面の解析と改質 特別研究会
  • [Presentation] リチウムコバルト酸化物の水素吸収特性2020

    • Author(s)
      加藤僚、宇佐見太毅、土屋文、鈴木耕拓、佐々木知子
    • Organizer
      日本金属学会 秋の大会
  • [Presentation] 常温水分解によるリチウムコバルト酸化物の水素吸収特性2020

    • Author(s)
      加藤僚、宇佐見太毅、小寺拓、五十嵐勝生、鈴木耕拓、土屋文
    • Organizer
      第30回材料フォーラム
  • [Presentation] 常温大気雰囲気に曝されたリチウム-ジルコニウム酸化物の二酸化炭素吸収蓄積過程2020

    • Author(s)
      五十嵐勝生、加藤僚、宇佐見太毅、小寺拓、鈴木耕拓、土屋文
    • Organizer
      第30回材料フォーラム

URL: 

Published: 2021-12-27  

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