電子論による水素吸蔵合金の理論的な特性予測とそれに基づく新合金の設計と開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10750515
• 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, 助手 (50293676)
• キーワード: 水素吸蔵合金 / 分子軌道法 / 電子状態 / クラスター法 / 水素化物安定性 / 水素化物形成元素 / 水素化物非形成元素 / 合金設計

研究概要

本研究では、水素吸蔵合金中の水素の占有状態を明らかにし、それを材料設計に応用するために、種々の水素吸蔵合金中の水素の電子状態の計算を行った。さらに、幾つかの合金について、その水素吸蔵特性を実験から調べた。
電子構造の計算には、分子軌道法の一つであるDV-Xαクラスター法を用いた。計算より、結合次数の比(=2×Bo(A-B)/(Bo(A-A)+Bo(B-B))を求め、合金の化学組成との関係を調べた。一連の計算より、既存の水素吸蔵合金には、結合次数の比と合金の化学組成との間に関係が有ることが明らかになった。この関係は、軽量水素吸蔵合金として期待されるMg系水素吸蔵合金にも適用できることが明らかになった。
上記の結合次数の比と合金の組成比の関係について、さらに理解を深めるために、結合次数の比が異なる2つのモデル合金(Ti-Mo系およびZr-Ga系)について、その水素吸蔵特性を調べた。Ti-Mo系合金では、結合次数の比(約0.99)と合金組成の比のバランスが最も良いTi_<50>Mo_<50>合金において、吸蔵・放出が可能な有効水素量が最大となった。このように、Ti-Mo系不規則合金においても、結合次数の比と合金組成の関係が成り立つことが明らかになった。一方、結合次数の比が約1.50と大きいZr-Ga系合金では、Zr/Ga比の大きい場合(例、Zr_5Ga_3)においても、不均化反応が起こることなく、かなりの量の水素が合金中に入ることが明らかになった。
この外、バナジウム合金の水素化物安定性に及ぼす合金元素の影響を系統的に調べた。

研究成果

• [文献書誌] T.Matsumura: "Alloying Effects on the Electronic Structure of VH_2 and V_2H"J.Alloys and Compounds. 284. 82-88 (1999)
• [文献書誌] H.Yukawa: "Electronic Structure of Hydrogen Storage Compounds,TiFe"Computational Mater.Sci.. 14. 291-294 (1999)
• [文献書誌] H.Yukawa: "Design of Hydrogen Storage Alloys with the Aid of Molecular Orbital Method"Bull.Mater.Sci.. 22. 885-890 (1999)
• [文献書誌] T.Nambu: "Electronic Structure and Hydriding Property of Titanium Compounds with CsCl-type Structure"J.Alloys and Compounds. 293-295. 213-216 (1999)
• [文献書誌] K.Nakatsuka: "Roles of the Hydride Forming and Non-forming Elements in Hydrogen Storage Alloys"J.Alloys and Compounds. 293-295. 222-226 (1999)
• [文献書誌] H.Yukawa: "Chemical bond state and hydride stability of hydrogen storage alloys"J.Alloys and Compounds. 293-295. 227-230 (1999)
• [文献書誌] M.Morinaga: "Quantum Mechanical Calculation for Alloy Design"Advances in Science and Technology. 18. 427-438 (1999)
• [文献書誌] K.Nakatsuka: "Metal-Hydrogen Interaction in Hydrogen Storage Alloys"The Japan Institute of Metals Proceedings(JIMIC-3) Solid-Solid Phase Transformations'99. 12. 681-684 (1999)
• [文献書誌] 湯川宏: "水素吸蔵合金の構成元素の役割と合金設計"DV-Xa研究協会会報. 12. 56-60 (1999)
• [文献書誌] M.Morinaga: "Characteristics of Metal-Hydrogen Interaction in Hydrogen Storage Alloys"Acta Metallurgica Sinica(English Letters). 13. 593-599 (2000)
• [文献書誌] H.Yukawa: "Design of Hydrogen Storage Alloys in View of Chemical Bond Between Atoms"Solor Energy Materials & Solor Cells. 62. 75-80 (2000)
• [文献書誌] M.Morinaga: "Characteristics of the chemical bond in protium storage alloys"Proc.of the Inter.Symp.on New Protium Function in Materials. (印刷中).
• [文献書誌] H.Yukawa: "Characteristics of Electronic Structure in Hydrogen Storage Alloys"Advances in Quantum Chemistry. (印刷中).
• [文献書誌] 湯川宏: "水素修飾による局在量子構造と合金設計"まてりあ. (印刷中).