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2011 Fiscal Year Research-status Report

積層型水素吸蔵合金の水素吸蔵・放出特性向上因子の抽出と高機能化に関する包括的研究

Research Project

Project/Area Number 23560794
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

田中 孝治  独立行政法人産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 主任研究員 (40357439)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 竹下 博之  関西大学, 化学生命工学部, 教授 (20351497)
Project Period (FY) 2011-04-28 – 2014-03-31
Keywords積層型 / 水素吸蔵合金 / 水素吸蔵・放出特性 / 向上因子 / 初期構造
Research Abstract

圧延組織の微細さ(純Mgと純Cuの層の厚さ)の異なる3種類(Fine、Medium、Coarse)のMg/Cu超積層体(Mg:Cu=2:1)を作製し、ジーベルツ装置でH2 圧3.3MPa、573Kでの初期水素化、hp-DSC装置を用いた繰り返し水素化・脱水素化を行い、試料の水素吸蔵・放出特性、構成相、微細組織を調べた。理想的な水素化過程では、純Mgと純Cu が反応してMg2Cuになり、そのMg2Cuが水素化して1.5MgH2+0.5MgCu2の混合物となると考えられている。Fineな試料では、hp-DSC装置でわずか1サイクルの加熱・冷却で、純Mgと純Cuの初期構造から最終状態である1.5MgH2+0.5MgCu2の混合物となり、10サイクルまでの繰り返し水素放出・吸蔵に関してMg2Cuの水素吸蔵・放出一段階反応が安定かつ速やかに継続できた。一方、Medium、Coarseな試料では、10サイクル後でさえCuと未反応のMgの残留を示唆するM単独の水素吸蔵・放出反応を含むMg2CuとMgの水素吸蔵・放出二段階反応であり、Mg2Cuの水素化を示す発熱ピークが低温側にテールを引くなど、明らかに水素化が遅いことが分かった。さらにXRD測定より20サイクル後のCoarseの試料には未反応のCuが残存し、Mg2Cuの生成が完了しないことも分かった。初期構造の微細さの違いにより、Mg2Cuの水素化とMgの水素化のどちらが支配的か変化し、それに応じて吸蔵量、水素吸蔵・放出特性も異なることが明らかになった。また、MgH2の水素放出時の潜伏期と水素放出速度についての情報を得るため、一定温度での水素放出量-時間測定を行った。駆動力一定の測定では、温度の上昇とともに潜伏期が著しく短くなる傾向があり、構成原子の拡散の影響が大きいことが伺えた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究では材料組織と材料物性を結び付けて材料設計指針を提案していくが、初年度において早くも初期微細構造の違いによる吸蔵量、水素吸蔵・放出特性の違いを実証し、かつその基本的な反応メカニズムについてもほぼ解明できたため。

Strategy for Future Research Activity

(1)2Mg+Cu→Mg2Cu ⇒ Mg2Cu+1.5H2→1.5MgH2+0.5MgCu2、という初期水素化過程と競合する次の反応:2Mg+2H2→2MgH2 ⇒ 2MgH2+Cu→1.5MgH2+0.5MgCu2、が実際に起こることを証明する。(2)Mg-Mg2Cu共晶組成など、更なる微細組織の形成が期待されるバルク組成を持つ超積層体の作製とその組織と水素吸蔵・放出特性の評価。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

計画および方針に基づき、実験及び理論計算を実施するための消耗品等の支出に主として研究費を充てる予定。

  • Research Products

    (11 results)

All 2012 2011

All Presentation (11 results)

  • [Presentation] Mg/Cu超積層体の初期微細構造と水素吸蔵・放出特性の関係2012

    • Author(s)
      田中 孝治
    • Organizer
      日本金属学会2012年(第150回)大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学常盤台キャンパス(神奈川県)
    • Year and Date
      2012 – 329
  • [Presentation] 走査型プローブ顕微鏡を用いた水素化Mg箔の表面観察2012

    • Author(s)
      早川 昌範
    • Organizer
      日本金属学会2012年春期(第150回)大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学常盤台キャンパス(神奈川県)
    • Year and Date
      2012 – 328
  • [Presentation] Mg-Cu超積層体の水素吸蔵放出特性と構成相に及ぼす初期構造の影響2012

    • Author(s)
      車谷 考介
    • Organizer
      日本金属学会2012年(第150回)大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学常盤台キャンパス(神奈川県)
    • Year and Date
      2012 – 328
  • [Presentation] MgH2の潜伏期の測定と恒温変態曲線の作成2012

    • Author(s)
      境田 靖弘
    • Organizer
      日本金属学会2012年(第150回)大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学常盤台キャンパス(神奈川県)
    • Year and Date
      2012 – 328
  • [Presentation] Mg2Cu超積層体の水素化特性2012

    • Author(s)
      車谷 考介
    • Organizer
      材料物性工学談話会 平成23年度第3回講演会
    • Place of Presentation
      大阪大学中之島センター (大阪府)
    • Year and Date
      2012 – 116
  • [Presentation] MgH2の水素放出反応時における潜伏期の研究2012

    • Author(s)
      境田 靖弘
    • Organizer
      材料物性工学談話会 平成23年度第3回講演会
    • Place of Presentation
      大阪大学中之島センター (大阪府)
    • Year and Date
      2012 – 116
  • [Presentation] Mg2Cu水素吸蔵合金の水素放出過程その場観察と放出メカニズムの考察2011

    • Author(s)
      田中 孝治
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第67回学術講演会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県)
    • Year and Date
      2011 – 516
  • [Presentation] Applicability of Scanning Probe Microscope to surface observation of hydrogenated Mg film2011

    • Author(s)
      早川 昌範
    • Organizer
      第21回日本MRS学術シンポジウム
    • Place of Presentation
      横浜情報文化センター(神奈川県)
    • Year and Date
      2011 – 1220
  • [Presentation] Mg2Cu水素吸蔵合金の水素放出過程とそれに伴う欠陥構造の観察2011

    • Author(s)
      田中 孝治
    • Organizer
      日本金属学会2011年秋期講演(第149回)大会
    • Place of Presentation
      沖縄コンベンションセンターおよびカルチャー リゾート フェストーネ(沖縄県)
    • Year and Date
      2011 – 119
  • [Presentation] 超積層法による水素吸蔵合金の作製とその水素化挙動2011

    • Author(s)
      宮村 弘
    • Organizer
      日本金属学会2011年秋期講演(第149回)大会
    • Place of Presentation
      沖縄コンベンションセンターおよびカルチャー リゾート フェストーネ(沖縄県)
    • Year and Date
      2011 – 119
  • [Presentation] Mg2Cu水素吸蔵合金における水素放出過程に伴う欠陥構造2011

    • Author(s)
      田中 孝治
    • Organizer
      第4回格子欠陥制御工学研究会
    • Place of Presentation
      かんぽの宿 那覇レクセンター(沖縄県)
    • Year and Date
      2011 – 1111

URL: 

Published: 2013-07-10  

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