アルミニウム系水素貯蔵材料の高機能化―反応機構の解明と促進

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21760547
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 池田 一貴 Tohoku University, 金属材料研究所, 助教 (80451615)
• Keywords: アルミニウム / 水素 / 水素貯蔵 / 水素化物 / ミリング / X線光電子分光 / 透過型電子顕微鏡 / 高輝度X線回折

Research Abstract

水素体積密度と重量密度が高く、シンプルな脱水素化反応が進行するために高密度水素貯蔵材料として注目されているアルミニウム水素化物AlH3について、反応機構の解明と脱水素化特性の促進に関する研究を進めた。条件を最適化して化学合成したAlH3の脱水素化反応について、熱重量示差熱分析および示差走査熱量計により熱力学的安定性を評価した。また、走査型・透過型電子顕微鏡およびその場X線光電子分光を用いることにより、粉末粒子表面の厚さ約5nmのアルミニウム酸化物層がAlH3の脱水素化反応を抑制していることを明らかにした。さらに、水素雰囲気でのミリング処理により、AlH3の脱水素化反応の開始温度が140℃から80℃まで低下することを確認した。一方、このAlH3をアルカリ・アルカリ土類金属の水素化物(NaHやCaH2など)と混合してミリング処理することにより、NaAlH4やCa (AlH4)2などの錯体系水素化物が生成することを明らかにした。また、新規なアルミニウム系水素化物として、水素が金属原子間に固溶する、侵入型の水素化物Y3Al2H2を合成した。これら多様なアルミニウム系水素化物に対して、中性子・高輝度X線回折測定および最大エントロピー法/リートベルト解析を実施して結晶構造と電子密度分布を比較することにより、水素貯蔵特性に関連する化学結合性を実験的に評価し、高機能アルミニウム系水素貯蔵材料の設計および開発につながる重要な知見を得た。

Research Products

• [Journal Article] Surface changes on AlH3 during the hydrogen desorption (2010)
  • Author(s): S.Kato, M.Bielmann, K.Ikeda, S.Orimo, A.Borgschulte, A.Zuttel
  • Journal Title: Applied Physics Letters 96 Pages: 51912-1-51912-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dehydriding reaction of AlH_3 : in-situ microscopic observations combined with thermal and surface analyses (2009)
  • Author(s): K.Ikeda, S.Muto, K.Tatsumi, M.Menjo, S.Kato, M.Bielmann, A.Zuttel, C.M.Jensen, S.Orimo
  • Journal Title: Nanotechnology 20 Pages: 204004-1-204004-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dehydriding process of α-AlH_3 observed by transmission electron micros copy and electron energy-loss spectroscopy (2009)
  • Author(s): S.Muto, K.Tatsumi, K.Ikeda, S.Orimo
  • Journal Title: Journal of Applied Physics 105 Pages: 123514-1-123514-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reversible hydriding/dehydriding properties of new Y_3Al_2 hydrides (2009)
  • Author(s): K.Ikeda, N.Watanabe, S.Kato, T.Sato, Y.Nakamori, S.Orimo
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds 471 Pages: L13-L15
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct dry syntheses and thermal analyses of a series of aluminum complex hydrides (2009)
  • Author(s): T.Sato, K.Ikeda, H.-W.Li, S.Orimo
  • Journal Title: Materials Transactions 50 Pages: 182-186
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Syntheses, crystal structures, and thermal analyses of solvent-free Ca(AlD_4)_2 and CaAlD_5 (2009)
  • Author(s): T.Sato, M.H.Sorby, K.Ikeda, S.Sato, B.C.Hauback, S.Orimo
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds 487 Pages: 472-478
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高密度水素貯蔵を目指した水素化物の材料設計と特性評価 (2009)
  • Author(s): 池田一貴, 李海文, 折茂慎一
  • Journal Title: 化学工業 60 Pages: 51-55
• [Presentation] アルミニウム水素化物の脱水素化過程の解明 (2010)
  • Author(s): 池田一貴, 李海文, 折茂慎一, 巽一厳, 武藤俊介, 湯川宏, 森永正彦, 橋邦彦, 伊藤秀明, 兜森俊樹, S.Kato, M.Bielmann, A.Borgschulte, A.Zuttel
  • Organizer: 日本金属学会2010年春期(第146回)大会
  • Place of Presentation: 筑波大学(つくば市)
  • Year and Date: 2010-03-28
• [Presentation] Hydrogen Storage in Aluminum Hydride -from nano-characterization tosemi-practical evaluation- (2009)
  • Author(s): 池田一貴, 折茂慎一
  • Organizer: Eighteenth International Symposium on Processing and Fabrication of Advanced Materials XVIII(PFAMXVIII)
  • Place of Presentation: 東北大学(仙台市)
  • Year and Date: 2009-12-12
• [Presentation] Synthesis, properties and applications of aluminum hydride (2009)
  • Author(s): K.Ikeda, K.Tatsumi, S.Muto, S.Sato, M.Menjo, S.Kato, M.Bielmann, A.Zuttel, K.Hashi, H.Itoh, T.Kabutomori, C.M.Jensen, S.Orimo
  • Organizer: Thermec' 2009 International Conference on PROCESSING & MANUFACTURING OF ADVANCED MATERIALS
  • Place of Presentation: Berlin, Germany
  • Year and Date: 2009-08-27
• [Presentation] Hydrogen Storage in Aluminum Hydride (2009)
  • Author(s): K.Ikeda, M.Menjo, H.W.Li, S.Muto, K.Tatsumi, K.Hashi, H.Itoh, T.Kabutomori, S.Orimo
  • Organizer: The Seventeenth Annual International Conference on COMPOSITES/NANO ENGINEERING(ICCE-17)
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2009-07-28