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水素透過金属膜における新パラダイムの構築と低温作動型合金膜の最適設計への展開

研究課題

研究課題/領域番号 15H04144
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 構造・機能材料
研究機関名古屋大学

研究代表者

湯川 宏  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50293676)

研究分担者 南部 智憲  鈴鹿工業高等専門学校, 材料工学科, 教授 (10270274)
連携研究者 森永 正彦  公益財団法人豊田理化学研究所, フェロー (50126950)
松本 佳久  大分工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (40219522)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)
2017年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2016年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2015年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
キーワード水素透過金属膜 / 化学ポテンシャル / 水素透過能 / 水素溶解特性 / 水素拡散性 / 水素化物形成温度 / 合金効果 / 合金設計 / 構造・機能材料 / 水素 / 水素分離膜
研究成果の概要

本研究では、水素透過金属膜の分野に、『水素の化学ポテンシャルに基づく新しい学術体系』を構築することを目的に、水素溶解特性と水素拡散性に及ぼす諸因子の影響を「水素透過能の統一的表現」に基づいて定量的かつ系統的に整理した。
Pd系合金膜で見いだされた低温域での水素透過能の特異な温度依存性の起源を、新たな視点から解明するとともに、水素透過能と耐水素脆性に優れた低温作動型のV系合金を設計するための指針を示した。
新たに設計したV-Fe合金は、300℃の低温でも水素脆化することなく、PdあるいはPd系合金膜の5~10倍の高い水素透過流束を1000時間以上にわたって安定して維持した。

報告書

(4件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (47件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 7件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 7件、 謝辞記載あり 10件) 学会発表 (28件) (うち国際学会 13件、 招待講演 3件) 図書 (2件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] バナジウム合金膜を用いた大容量超高純度水素分離デバイスの開発2018

    • 著者名/発表者名
      吉永英雄、中川宏司、櫻井星児、湯川宏、松本佳久、南部智憲、西村睦
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 57 号: 1 ページ: 23-25

    • DOI

      10.2320/materia.57.23

    • NAID

      130006300733

    • ISSN
      1340-2625, 1884-5843
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Alloying effects of Fe and Al on formation and decomposition temperatures of vanadium hydride, V 2 H2017

    • 著者名/発表者名
      Kawai R.、Yukawa H.、Suzuki A.、Nambu T.、Murata Y.
    • 雑誌名

      Int'l J. Hydrogen Energy

      巻: 42 号: 35 ページ: 22564-22574

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2017.04.054

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Alloy design of V-based hydrogen permeable membrane under given temperature and pressure condition2017

    • 著者名/発表者名
      Suzuki A.、Yukawa H.、Nambu T.、Matsumoto Y.、Murata Y.
    • 雑誌名

      Int'l J. Hydrogen Energy

      巻: 42 号: 35 ページ: 22325-22329

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2017.04.009

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Pd-Ag合金膜の水素透過能における特異的な温度依存性と水素の化学ポテンシャルに基づく解析2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木飛鳥、湯川宏、南部智憲、松本佳久、村田純教
    • 雑誌名

      日本金属学会誌

      巻: 81 号: 6 ページ: 327-334

    • DOI

      10.2320/jinstmet.J2017008

    • NAID

      130005678930

    • ISSN
      0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Alloying Effects of Pd on Formation Temperature of Vanadium Hydride, V2H2017

    • 著者名/発表者名
      Yukawa H.、Nambu T.
    • 雑誌名

      Proc. 2nd Int'l Conf. on Sustainable Mater. Sci. Tech.

      巻: 1 ページ: 30-33

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Consistent description of hydrogen permeation through metal membrane based on hydrogen chemical potential and its application for alloy design2017

    • 著者名/発表者名
      A.Suzuki, H.Yukawa and Y.Murata
    • 雑誌名

      J. Materials Research

      巻: 32 号: 1 ページ: 227-238

    • DOI

      10.1557/jmr.2016.416

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Alloying effects of Fe and Al on formation and decomposition temperatures of vanadium hydride, V2H2017

    • 著者名/発表者名
      R.Kawai, H.Yukawa, A.Suzuki, T.Nambu and Y.Murata
    • 雑誌名

      Int’l J. Hydrogen Energy

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Alloy design of V-based hydrogen permeable membrane under given temperature and pressure condition2017

    • 著者名/発表者名
      A.Suzuki, H.Yukawa, T.Nambu, Y.Matsumoto and Y.Murata
    • 雑誌名

      Int’l J. Hydrogen Energy

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Pd-Ag合金膜の水素透過能における特異的な温度依存性と水素の化学ポテンシャルに基づく解析2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木飛鳥, 湯川宏, 南部智憲, 松本佳久, 村田純教,
    • 雑誌名

      日本金属学会誌

      巻: 印刷中

    • NAID

      130005678930

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analysis of pressure-composition-isotherms for design of non-Pd-based alloy membranes with high hydrogen permeability and strong resistance to hydrogen embrittlement2016

    • 著者名/発表者名
      Asuka Suzuki, Hiroshi Yukawa, Tomonori Nambu, Yoshihisa Matsumoto and Yoshinori Murata
    • 雑誌名

      Journal of Membrane Science

      巻: 503 ページ: 110-115

    • DOI

      10.1016/j.memsci.2015.12.030

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Anomalous Temperature Dependence of Hydrogen Permeability through Palladium–Silver Binary Alloy Membrane and Its Analysis Based on Hydrogen Chemical Potential2016

    • 著者名/発表者名
      Asuka Suzuki, Hiroshi Yukawa, Tomonori Nambu, Yoshihisa Matsumoto and Yoshinori Murata
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 57 号: 5 ページ: 695-702

    • DOI

      10.2320/matertrans.M2016020

    • NAID

      130005146677

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Quantitative Evaluation of Hydrogen Solubility and Diffusivity of V–Fe Alloys toward the Design of Hydrogen Permeable Membrane for Low Operative Temperature2016

    • 著者名/発表者名
      A.Suzuki, H.Yukawa, T.Nambu, Y.Matsumoto and Y.Murata
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 57 号: 10 ページ: 1823-1831

    • DOI

      10.2320/matertrans.MAW201604

    • NAID

      130005289900

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analysis of hydrogen mobility in Nb-based alloy membranes in view of new description of hydrogen permeability based on hydrogen chemical potential2015

    • 著者名/発表者名
      A.Suzuki, H.Yukawa, T.Nambu, Y.Matsumoto and Y.Murata
    • 雑誌名

      J. Alloys and Compounds

      巻: in press ページ: S107-S111

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2014.12.265

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Alloying effects on hydrogen permeability of V without catalytic Pd overlayer2015

    • 著者名/発表者名
      Y.Nakamura, H.Yukawa, A.Suzuki, T.Nambu, Y.Matsumoto and Y.Murata
    • 雑誌名

      J. Alloys and Compounds

      巻: in press ページ: S275-S279

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2014.12.242

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Alloying Effects on Hydrogen Solubility and Hydrogen Permeability for V-Based Alloy Membranes2015

    • 著者名/発表者名
      A. Suzuki, H. Yukawa, S. Ijiri, T. Nambu, Y. Matsumoto
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 56 号: 10 ページ: 1688-1692

    • DOI

      10.2320/matertrans.MAW201511

    • NAID

      130005099177

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] V-10mol%Fe合金膜での水素分離・精製条件下における表面Pd触媒層の構造変化2018

    • 著者名/発表者名
      南部智憲、小俣香織、湯川宏、松本佳久
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Pd被覆を施したV系合金膜の水素透過能の劣化傾向と試験温度の関係2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木飛鳥, 湯川宏, 村田純教
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      首都大学東京
    • 年月日
      2017-03-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Design of V-based Hydrogen Permeable Alloy Membranes and its Application to Large-Scale Hydrogen Separation Device2017

    • 著者名/発表者名
      Yukawa H.
    • 学会等名
      2017 INTERNATIONAL SYMPOSIUM FOR ADVANCED MATERIALS RESEARCH (ISAMR 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Alloying Effects of Pd on Formation Temperature of Vanadium Hydride2017

    • 著者名/発表者名
      Yukawa H.、Nambu T.
    • 学会等名
      2nd International Conference on Sustainable Materials Science and Technology (SMST2)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Temperature Dependence of Hydrogen Permeability through Pd-53mol%Cu Alloy Membrane at High Temperature2017

    • 著者名/発表者名
      Nomura K.、Aizu T.、Muto D.、Yukawa H.、Tanahashi M.
    • 学会等名
      2017 INTERNATIONAL SYMPOSIUM FOR ADVANCED MATERIALS RESEARCH (ISAMR 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of surface oxidation on hydrogen permeability through Pd-free vanadium metal membrane2017

    • 著者名/発表者名
      Nambu T.、Yukawa H.、Matsumoto Y.
    • 学会等名
      2nd International Conference on Sustainable Materials Science and Technology (SMST2)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of V-Fe alloys with high hydrogen permeability and strong resistance to hydrogen embrittlement2017

    • 著者名/発表者名
      Yukawa H.、Suzuki A.、Matsumoto Y.、Nambu T.
    • 学会等名
      Hydrogen - POwer THeoretical and Engineering Solutions International Symposium (HYPOTHESIS XII)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] FEM analyses of stress state on V-based hydrogen permeable membrane under hydrogen dissolution and permeation conditions2017

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Y.、Himeno K.、Nambu T.、Yukawa H.
    • 学会等名
      Hydrogen - POwer THeoretical and Engineering Solutions International Symposium (HYPOTHESIS XII)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 非パラジウム系水素透過合金の設計コンセプトとV-Fe合金への適用2017

    • 著者名/発表者名
      湯川宏、松本佳久、南部智憲
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] V-Fe系合金膜によるアンモニア分解ガスからの水素分離・精製能の定量評価と表面観察2017

    • 著者名/発表者名
      南部智憲、小俣香織、湯川宏、松本佳久
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] アンモニア分解模擬混合ガス中でのV-Fe合金のその場SP試験によるDBTC解析2017

    • 著者名/発表者名
      松本佳久、 荒金遼河、湯川宏、南部智憲
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] V系水素透過合金膜を用いた大型水素分離デバイスの検討2017

    • 著者名/発表者名
      吉永英雄、中川宏司、櫻井星児、湯川宏
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Pd-Cu合金の水素透過能の温度依存性2017

    • 著者名/発表者名
      野村耕助、棚橋満、湯川宏
    • 学会等名
      第27回学生による材料フォーラム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] B2型Pd-Cu系合金膜の低温における特異的な水素透過能2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木飛鳥, 湯川宏, 村田純教
    • 学会等名
      第3回水素化物に関わる次世代学術・応用展開研究会
    • 発表場所
      室蘭工業大学
    • 年月日
      2016-10-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Anomalous Temperature Dependence of Hydrogen Permeability through Pd-Ag Alloy Membrane at Low Temperature2016

    • 著者名/発表者名
      H.Yukawa, A.Suzuki and Y.Murata
    • 学会等名
      Materials Science Engineering (MSE2016)
    • 発表場所
      Darmstadt, Germany
    • 年月日
      2016-09-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 水素透過合金の水素中その場XRD測定による水素化特性の評価2016

    • 著者名/発表者名
      湯川宏, 鈴木飛鳥, 南部智憲, 村田純教
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2016-09-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 水素の化学ポテンシャルに基づくV-Al系合金の水素溶解特性と水素拡散性の評価2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木飛鳥, 湯川宏, 村田純教,
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2016-09-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Alloying Effects of Fe and Al on Formation Temperature of Vanadium Hydride, V2H2016

    • 著者名/発表者名
      R.Kawai, A.Suzuki, H.Yukawa, T.Nambu and Y.Murata
    • 学会等名
      15th International Symposium on Metal-Hydrogen Systems (MH2016)
    • 発表場所
      Interlaken, Switzerland
    • 年月日
      2016-08-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Alloy Design of V-based Hydrogen Permeable Membrane under Given Temperature and Pressure Condition2016

    • 著者名/発表者名
      A.Suzuki, H.Yukawa, and Y.Murata
    • 学会等名
      15th International Symposium on Metal-Hydrogen Systems (MH2016)
    • 発表場所
      Interlaken, Switzerland
    • 年月日
      2016-08-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Anomalous behavior of hydrogen permeability at low temperature for Pd-Cu alloy membrane with B2 crystal structure2016

    • 著者名/発表者名
      A.Suzuki, H.Yukawa, and Y.Murata
    • 学会等名
      12th International Conference on Diffusion in Solids and Liquids (DSL2016)
    • 発表場所
      Split, Croatia.
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of hydrogen solubility and diffusivity toward the design of V-based alloy membranes with high hydrogen permeability and strong resistance to hydrogen embrittlement2016

    • 著者名/発表者名
      H.Yukawa
    • 学会等名
      International Conference on PROCESSING & MANUFACTURING OF ADVANCED MATERIALS (Thermec’2016)
    • 発表場所
      Graz, Austria
    • 年月日
      2016-05-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 水素透過金属膜における水素溶解特性と水素の拡散性に及ぼす合金効果の解析2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木飛鳥, 湯川宏, 村田純教
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      東京理科大学
    • 年月日
      2016-03-23
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] バナジウム水素化物(V2H)の安定性に及ぼす合金効果に関する一考察2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木飛鳥, 湯川宏, 川井良太, 南部智憲, 村田純教
    • 学会等名
      第2回水素化物に関わる次世代学術・応用展開研究会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-10-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Consistent Description of Hydrogen Permeation through Metal Membrane and its Application to the Design of V-based Alloy Membranes for Hydrogen Separation and Purification2015

    • 著者名/発表者名
      H.Yukawa, A.Suzuki, T.Nambu, Y.Matsumoto and Y.Murata
    • 学会等名
      New Energy Forum 2015 (NEF-2015)
    • 発表場所
      Xi’an, China
    • 年月日
      2015-09-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] パラジウム系合金膜の水素透過能における特異的な温度依存性と水素の化学ポテンシャルに基づく解パラジウム系合金膜の水素透過能における特異的な温度依存性と水素の化学ポテンシャルに基づく解パラジウム系合金膜の水素透過能における特異的な温度依存性と水素の化学ポテンシャルに基づく解析2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木飛鳥, 湯川宏, 村田純教
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] バナジウム水素化物の形成・分解温度に及ぼす合金効果2015

    • 著者名/発表者名
      川井良太, 湯川宏, 鈴木飛鳥, 村田純教
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Recent Progress on the Development of V-Based Alloy Membranes for Hydrogen Separation and Purification2015

    • 著者名/発表者名
      H.Yukawa, A.Suzuki, T.Nambu, Y.Matsumoto and Y.Murata
    • 学会等名
      23rd Annual International Conference on COMPOSIT/NANO Engineering (ICCE-23)
    • 発表場所
      Chengdu, China
    • 年月日
      2015-07-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Analysis of pressure-composition-isotherms for the design of hydrogen permeable metal membrane2015

    • 著者名/発表者名
      A.Suzuki, H.Yukawa, T.Nambu, Y.Matsumoto and Y.Murata
    • 学会等名
      1th International Conference on Diffusion in Solids and Liquids (DSL2015)
    • 発表場所
      Munich, Germany
    • 年月日
      2015-06-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] 水素機能材料の解析 (x1.2節および2.2節を分担)2017

    • 著者名/発表者名
      湯川宏、鈴木飛鳥
    • 総ページ数
      168
    • 出版者
      共立出版
    • ISBN
      9784320044531
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] 水素機能の解析技術、日本学術振興会「材料中の水素機能解析技術」第190 委員会[編]2017

    • 著者名/発表者名
      湯川宏, 鈴木飛鳥
    • 出版者
      共立出版
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 教員詳細-湯川 宏

    • URL

      http://profs.provost.nagoya-u.ac.jp/view/html/100001948_ja.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
  • [産業財産権] 水素吸蔵量測定方法および水素吸蔵量測定装置2015

    • 発明者名
      湯川宏、鈴木飛鳥、南部智憲、西村睦
    • 権利者名
      名古屋大学、高専機構、物材機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2015-110682
    • 出願年月日
      2015-05-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2019-03-29  

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