水素吸蔵合金の耐久性向上を目指した水素吸蔵放出に伴う空孔形成回復メカニズムの解明

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25820361
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 榊 浩司 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 主任研究員 (20392615)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 水素吸蔵 / 相変態 / 空孔 / 陽電子消滅

Research Abstract

La(Ni,Cu)5+αは化学組成により相変態挙動が変化する。そのことが空孔形成・回復挙動に及ぼす影響を調べるため、H25年度は比較的大きく化学組成をずらした各種La(Ni,Cu)5+α(α>0.4) (LaNi5+x、LaNi4+xCu、LaNi3+xCu2、LaNi2+xCu3)を作製しX線回折での構造解析を行い、様々な温度での圧力―組成等温線の測定を行った。LaNi5.4を除いてすべて単相の合金が得られた。LaNi4+xCuでは、xの増加とともにプラトーの傾斜が大きくなった。このことはxの増加とともに臨界組成からのずれが大きくなったことを示している。またαが同じ値でもCu濃度が大きくなると、プラトーの傾斜がより顕著になった。このことはCu濃度の増加することで臨界組成αが小さくなったことを示唆している。LaNi4.4CuとLaNi4.6Cuの水素吸蔵に伴う構造変化をIn-situ放射光X線全散乱実験より調べた。水素雰囲気での放射光X線全散乱実験の報告例はこれまで無いが、今回水素吸蔵過程における構造変化をとらえることに成功した。水素吸蔵過程でX線回折ピークは低角度側にシフトするだけで相変態は見られなかった。また、水素吸蔵量の増加とともに原子位置が水素化前に比べてシフトし、原子変位パラメータも大きくなった。このことは相変態が無い場合でも水素化とともに内部の原子配列に乱れが生じ始めていることを示唆している。また、陽電子消滅実験では、陽電子消滅実験装置内での試料の水素化も問題が無いことを確認できたため、陽電子線源を導入した実際の実験にめどがたった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

H25年度はダンベルペアの濃度が比較的高く水素化で相変態が生じない合金の作製に成功した。それらの大部分が単相合金であったため、単相が得られる組成範囲を確認できた。また一部の合金については、放射光を用いたin-situ X線回折実験にも成功した。陽電子消滅実験装置内での試料の水素化も問題ないことを確認した。ナノインデンターについてもサンプル準備が整ったため、H26年度に試験を実施予定である。各項目での進捗の違いはあるが全体的には順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

H26年度以降は相変態の有無が切り替わる近傍の組成の探索(0<α<0.4のLa(Ni,Cu)5+α合金)を行い、相変態挙動が変化する臨界組成・臨界温度について調査する。H25年度に作製した水素吸蔵で相変態を生じない合金についてIn-situでのX線回折及び陽電子消滅実験を開始する。計画では実験室系のX線回折装置を用いることを予定していたが、別プロジェクトで放射光その場測定装置を完成させたので、そちらも併用しながら実験を進める予定である。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

産総研既設のクラスターパソコンでは目的とした結晶構造モデルの第一原理計算ができず、高性能なものが必要となった。デモ機を用いた選定に時間を要したため、次年度に購入を持ち越すこととなった。
上記理由によりスケジュールは少し遅れてしまったが、H26年に購入し研究を遂行する予定である。その他の研究費の使用予定に変更はない。