積層型超格子構造を有するLaMgNi系合金における水素吸蔵特性の解明

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K05051
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 河野 龍興 東北大学, 金属材料研究所, 特任教授 (70417103)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 水素吸蔵合金 / 水素エネルギー / 水素タンク / ニッケル水素電池

Outline of Annual Research Achievements

La3MgNi14系合金において、従来から利用していた高周波溶解法ではなく、アルゴンガス雰囲気下で単ロール法の溶湯急冷法を適用することによって合成を行った。この条件下で作製したLa3MgNi14系合金の結晶粒内では、バルクの超格子構造とは明らかに異なる平行連晶が複数層発現することが明らかとなった。一般に平行連晶とは①２つ以上の同種の結晶が結晶軸を平行にして配置する場合②異種の結晶が結晶軸方向に結合している場合を意味している。La3MgNi14系合金中における“平行連晶”とは、六方晶におけるａ軸の長さがほぼ同じであり、ｃ軸の長さが異なるような２種類のユニットセルにおいて、それらの積層により形成される層である。この複数の平行連晶を結晶粒内に有しているLa3MgNi14系合金においては、平行連晶を含まないLa3MgNi14系合金と比較すると、水素の吸蔵・放出速度が著しく増大する傾向が見られた。また更にNiサイトの一部をCoで置換したLa3MgNi12Co2系合金では、水素吸蔵量も増大することが明らかとなった。更にこの合金の詳細な結晶構造を調べるため、電子線回折と高分解能透過電子顕微鏡（HR-TEM）を利用して、本合金の結晶構造の同定を実施した。その結果、La3MgNi14系合金系はユニットセルＬをLaves相AB2とし、ユニットセルＣをCaCu5型LaNi5とするとＬおよびＣユニットセルの積み重ね（ＬｍＣｎ：ｍ、ｎは１以上の整数）によって構成されており、ユニットセルの積層のパターンに依存してある周期構造との平行連晶を形成することが可能であることが明らかとなった。