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2013 年度 実施状況報告書

高純度水素精製用5族金属系合金膜の機能設計-耐水素脆性と水素透過能の向上にむけて

研究課題

研究課題/領域番号 24560847
研究機関名古屋大学

研究代表者

湯川 宏  名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50293676)

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)
南部 智憲  鈴鹿工業高等専門学校, 材料工学科, 准教授 (10270274)
キーワード水素透過膜 / 合金設計 / バナジウム合金 / タンタル合金 / 耐水素脆性 / 水素透過能 / 固溶水素濃度 / 合金効果
研究概要

本研究では、5A族水素透過合金の「合金設計の指針」を広く5族金属(V, Ta)へ展開し、耐水素脆性と水素透過能の向上を目指した5族金属系水素分離膜の新たな設計指針を得ることを目的とする。本年度はV系合金について、水素の溶解と拡散および水素透過能の基礎的物性を定量評価した。主な成果は以下の通りである。。
(1) V系合金の水素溶解特性: V-M合金(M=Cr, Mo, W, Fe, Co, Ru, Al)ついて水素溶解特性に及ぼす合金効果を定量評価した。
(2) V系合金の設計指針の確立: 昨年度までに得られている、V合金の延性-脆性遷移水素濃度(DBTC)および上記(1)の結果より、水素脆化を回避しつつ高い透過能を得るためのV系合金の設計指針を得た。
(3)水素の化学ポテンシャルに基づく水素透過能の新しい表現: 水素の化学ポテンシャルに基づく拡散方程式より、金属膜の水素透過能を統一的に表現する新しい拡散方程式を導出した。この式に基づいて、金属膜の水素透過流束が水素溶解特性を表すPCT曲線の形状を反映していることを明らかにした。
(4)水素透過能試験と水素拡散に易動度の解析: 種々のV系合金について水素透過試験を系統的に行い、得られた水素流束に対して上記(3)の新しい表現に基づく解析を適用し、水素易動度に及ぼす合金効果を定量評価した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初に計画していた項目は順調に進展している。その上で、26年度に計画していた項目の一部を前倒しして実施しており、当初の計画以上に進展している。

今後の研究の推進方策

これまでの成果より、バナジウム系合金はタンタル系合金よりも優れた耐水素脆性と高い水素透過能を示すことが明らかになった。今後、バナジウム系合金を中心に、水素透過能、水素易動度、水素溶解特性の基礎的物性のデータベースを構築し、最適合金設計の指針の導出を目指す。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 1件) 図書 (3件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Design and development of Nb-W-Mo alloy membrane for hydrogen separation and purification2013

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

      Defect and Diffusion Forum

      巻: 333 ページ: 61-71

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/DDF.333.61

    • 査読あり
  • [雑誌論文] その場小型パンチ試験による5族水素透過膜の延性-脆性遷移水素濃度(DBTC)解析2013

    • 著者名/発表者名
      松本佳久, 湯川宏, 南部智憲
    • 雑誌名

      日本金属学会誌

      巻: 77 ページ: 585-592

    • DOI

      10.2320/jinstmet.JC201313

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design of Nb-W-Mo Alloy Membrane for Hydrogen Separation and Purification2013

    • 著者名/発表者名
      K.Tsuchimoto, H.Yukawa, T.Nambu, Y.Matsumoto, Y.Murata
    • 雑誌名

      J. Alloys and Compounds

      巻: 580 ページ: S391-S396

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2013.03.143

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microstructural analysis of thermal degradation of palladium-coated niobium membrane2013

    • 著者名/発表者名
      K.Sasaki, M.Hattori, K.Tsuchimoto, H.Yukawa, S.Arai, T.Tokunaga, Y.Murata, T.Yamamoto
    • 雑誌名

      J. Alloys and Compounds

      巻: 573 ページ: 192-197

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2013.04.037

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydrogen Solubility and Permeability of V–W–Mo Alloy Membrane for Hydrogen Separation and Purification2013

    • 著者名/発表者名
      H.Yukawa, C.Tsukada, T.Nambu, Y.Matsumoto
    • 雑誌名

      J. Alloys and Compounds

      巻: 580 ページ: S386-390

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2013.03.144

    • 査読あり
  • [学会発表] バナジウム膜の耐久性に及ぼす表面処理プロセスの影響2014

    • 著者名/発表者名
      南部智憲, 湯川宏, 松本佳久
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      20140321-20140323
  • [学会発表] 水素の化学ポテンシャルに基づく純ニオブ膜の水素透過能の解析2014

    • 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
      東京工業大学
    • 年月日
      20140321-20140323
  • [学会発表] 水素の化学ポテンシャルに基づく水素透過能の統一的表現とその応用2014

    • 著者名/発表者名
      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
      東京工業大学
    • 年月日
      20140321-20140323
  • [学会発表] 膜分離型水素製造システムに向けた水素透過合金膜の設計開発2014

    • 著者名/発表者名
      湯川宏
    • 学会等名
      国際水素・燃料電池展
    • 発表場所
      東京ビックサイト
    • 年月日
      20140226-20140228
  • [学会発表] Alloy Membranes for Hydrogen Utlization2013

    • 著者名/発表者名
      H.Yukawa
    • 学会等名
      rd ISSD Workshop on Advanced Materials for Energy
    • 発表場所
      Hiroshima University
    • 年月日
      20131021-20131021
    • 招待講演
  • [学会発表] 高機能水素透過合金の設計開発と水素製造技術への展開2013

    • 著者名/発表者名
      南部智憲, 湯川宏, 松本佳久
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      20130917-20130919
  • [学会発表] 純Nb膜における水素透過能の化学ポテンシャルに基づく解析, 水素若手研究会2013

    • 著者名/発表者名
      鈴木飛鳥, 湯川宏、村田純教
    • 学会等名
      水素若手研究会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      20130829-20130830
  • [学会発表] V系水素透過膜のパラジウム完全フリー化2013

    • 著者名/発表者名
      中村祐貴, 湯川宏、村田純教
    • 学会等名
      水素若手研究会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      20130829-20130830
  • [学会発表] Hydrogen permeability of pure V and its alloy membranes without Pd overlayer2013

    • 著者名/発表者名
      H. Yakawa, T. Nambu, Y. Matsumoto
    • 学会等名
      8th Pacific Rim International Congress on Advanced Materials and Processing (PRICM-8)
    • 発表場所
      Hawaii, USA.
    • 年月日
      20130804-20130809
  • [学会発表] Ta 水素透過膜の延性-脆性遷移水素濃度解析と合金設計への展開2013

    • 著者名/発表者名
      松本佳久, 湯川宏, 南部智憲
    • 学会等名
      金属学会九州支部大会
    • 発表場所
      熊本県民交流館パレア.
    • 年月日
      20130608-20130608
  • [学会発表] Nb 水素透過膜の高温強度に及ぼす添加元素の効果2013

    • 著者名/発表者名
      佐保慶太朗, 湯川宏, 南部智憲, 松本佳久
    • 学会等名
      金属学会九州支部大会
    • 発表場所
      熊本県民交流館パレア.
    • 年月日
      20130608-20130608
  • [図書] Advances in hydrogen production, storage and distribution (Chap.12. Quantitative evaluation of hydrogen embrittlement for group 5 metals)2014

    • 著者名/発表者名
      Y.Matsumoto, H.Yukawa and T.Nambu
    • 総ページ数
      560
    • 出版者
      Woodhead Publishing
  • [図書] Advances in hydrogen production, storage and distribution (Chap.13. Hydrogen permeable metal membrane for hydrogen separation and purification)2014

    • 著者名/発表者名
      H.Yukawa, T.Nambu and Y.Matsumoto
    • 総ページ数
      560
    • 出版者
      Woodhead Publishing
  • [図書] Niobium: Chemical Properties, Applications and Environmental Effects (Chap.3 Niobium-based Alloys as Hydrogen Permeable Membrane for Hydrogen Separation and Purification)2013

    • 著者名/発表者名
      H.Yukawa, T.Nambu and Y.Matsumoto
    • 総ページ数
      152
    • 出版者
      Nova Science Publishers
  • [産業財産権] 水素分離装置及びその運転条件設定方法2014

    • 発明者名
      湯川宏、南部智憲、松本佳久、黒川英人、白木正浩
    • 権利者名
      名古屋大学、高専機構、東京ガス(株)
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2014-061961
    • 出願年月日
      2014-03-25
  • [産業財産権] 水素分離膜の処理方法、水素分離方法及び水素分離膜2014

    • 発明者名
      湯川宏、南部智憲、松本佳久、黒川英人、白木正浩
    • 権利者名
      名古屋大学、高専機構、東京ガス(株)
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2014-056759
    • 出願年月日
      2014-03-19

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公開日: 2015-05-28  

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