2023 Fiscal Year Final Research Report

Giant magnetocarolic effect caused by metamagnetic transition for hydrogen magnetic refrigeration

Research Project

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Project/Area Number	21H01820
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 29030:Applied condensed matter physics-related
Research Institution	Kanazawa University
Principal Investigator	Matsumoto Koichi 金沢大学, 数物科学系, 教授 (10219496)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	齋藤明子国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 主席研究員 (20426612) 沼澤健則国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, NIMS特別研究員 (30354319) 神谷宏治国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, グループリーダー (70549154) 阿部聡金沢大学, 数物科学系, 教授 (60251914)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	水素エネルギー / 磁性 / 熱機関 / 冷凍機
Outline of Final Research Achievements	Magnetic refrigerator for hydrogen liquefaction was developed with active magnetic regenerator cycle that is expected to improve thermal efficiency compare with gas expansion. Reciprocating AMR bed could produce large temperature span around hydrogen liquefaction temperature and liquefaction was confirmed using liquid hydrogen level meter for the first time. Rotational type magnetic refrigerator was tested also. We studied rare-earth intermetallic compounds. Magnetocarolic effect, thermal conductivity and resistivity were measured in magnetic fields and evaluated as magnetic refrigerants in terms of transport properites. Magnetic refrigeration cycles were analyzed with new developed simulation code which takes void gas, thermal conductivity loss and so on.
Free Research Field	低温物理学、低温工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	脱炭素社会のエネルギー源として期待される水素エネルギーの貯蔵、輸送に有利な液体水素を製造する高効率の方式である磁気冷凍法による液化が実証された。特に本研究グループにより、蓄冷型磁気冷凍サイクルを用いた水素液化に世界で初め成功した。さらに磁性体駆動方式という実用に近い形を用いて実現する大きな成果が得られた。本研究では、磁性体の輸送特性の観点からも物性解明が進められ、サイクルシミュレーションと共に、今後、日本が水素エネルギー利用で世界をリードする新しい技術の端緒を開いたという意義がある。