| 研究課題/領域番号 |
21H01658
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26040:構造材料および機能材料関連
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| 研究機関 | 鈴鹿工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
南部 智憲 鈴鹿工業高等専門学校, 材料工学科, 教授 (10270274)
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| 研究分担者 |
松本 佳久 大分工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (40219522)
湯川 宏 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50293676)
戸高 義一 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50345956)
小俣 香織 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (50734133)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
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| キーワード | 水素分離 / 水素透過 / 高圧ねじり加工 / 水素キャリア / 集合組織 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
Pd触媒を表面に被覆したV系合金膜は水素分離膜として優れた機能を発揮するが、運転中に分離性能が徐々に低下し、やがては機能喪失するという深刻な問題を抱えている。本研究では表面Pd触媒とV基材との界面に形成されるプロチウム拡散の障壁を機能喪失の主要因として捉え、V基材の結晶方位に依存して変化するプロチウム障壁の成長メカニズムを解明し、結晶方位制御に基づいた高耐久性Fe添加V合金膜の設計へと展開する。高圧ねじり(HPT)加工が創り出すナノ結晶組織を敢えて再結晶化させる逆転の発想により、圧延加工では製造不可能な優先方位(110)集合組織に配向させる新規組織制御技術を創出し、V系合金膜の長寿命化を図る。
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| 研究成果の概要 |
耐久性に優れるPd触媒被覆V-10Fe合金膜を開発するために、水素透過合金膜のプロチウム拡散の障壁として働く因子を調査した。Pd触媒との相互拡散によって形成される金属間化合物だけが、V膜の水素透過性低下の原因ではない。VがPd触媒に拡散して固溶体を形成することも、V膜の水素透過性を低下させる。(110)方位に配向したV結晶は、Pdとの相互拡散反応を起こしにくい。HPT処理後の再結晶熱処理は、V-10Fe合金膜の(110)方位への配向性を向上することができる。HPT処理のみのV-10Fe合金膜の水素透過耐久性は圧延膜より低い。HPT処理後の再結晶化により、圧延膜よりも水素分離耐久性が向上する。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
現在、国内で工業的に消費されている水素は、海外から輸入される天然ガスから製造されている。2050年カーボンニュートラルを実現するために、輸入資源を天然ガスからアンモニアへと転換することが計画されている。このエネルギー資源のパラダイムシフトに備え、アンモニア分解ガスから水素のみを分離・精製する新技術の開発が急務とされている。バナジウム膜による水素分離・精製法は他の方法と比較してコンパクトかつ高効率に超高純度の水素が得られる方法である。しかしながら、表面Pd触媒層の低い耐久性が実用化の障壁となっている。本研究で明らかにした結晶方位制御という新たな耐久性向上技術はバナジウム膜の社会実装を加速する。
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