| 研究課題/領域番号 |
25420926
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
西宮 伸幸 日本大学, 理工学部, 教授 (90283499)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | マグネシウム / 水素貯蔵材料 / 五酸化ニオブ / カプセル化 / 耐水性 / 粉体 |
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| 研究実績の概要 |
マグネシウムによる水素貯蔵の触媒として知られている五酸化ニオブをボールミリングによって配合する際、処理時間が長すぎたり回転速度が速すぎたりすると、かえって水素吸蔵速度や水素容量が低下する問題があったが、これはマグネシウム－ニオブ－酸素の三元複合酸化物が生成することが原因であることがわかった。この複合酸化物を生成しない条件下で水素中ボールミリングを行うことにより、試薬級の水素化マグネシウムを出発原料とせず、通常のマグネシウム粉末を出発原料として用いても、室温、1MPaで5mass%程度の水素貯蔵が30分程度で行えるようになった。
十分水素化させた試料をシリカ－シリコーンゴム複合体皮膜でカプセル化したところ、350℃程度で水素放出し、室温放冷後に1MPaの水素を3mass%程度まで吸蔵したが、この複合水素化物は水に対して不安定であった。バイアル瓶を二重構造にして、内管の複合水素化物を外管の飽和水蒸気含有空気に一昼夜さらすと、気相に水素が出てくることがガスクロで検出された。カプセルの皮膜をフッ素含有処方に変更することにより、耐水性の向上が認められたが、まだ水素発生ゼロを達成していない。カプセル化の前処理としてランタンの酸化物をコーティングしたところ、一度だけ、水素発生がゼロに抑制できた。現在は、その再現性を確認しているところである。
水素化反応を静的に行うほかに、複合水素化物粉体に動的振動を与えつつ水素吸蔵させる効果を検証中であるが、円筒形試料容器を縦に置いて充填率を変え、粉体の自由度を変化させる程度では、等温線の測定精度の範囲内で有意と言える差は得られていない。今後、外的運動刺激を振動から流動に高めて効果を確認して行く。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
マグネシウムはニッケルとの合金として用いることが常道であり、水素の吸蔵・放出はニッケルの共存効果によって促進されることは公知であるが、このマグネシウム－ニッケル合金に五酸化ニオブ触媒を加えると、触媒効果が得られるどころか、マグネシウムによる水素吸蔵が阻害されるという意外な現象が起こった。そのため、当初予定していた合金からマグネシウム単味への変更を余儀なくされ、研究が少し滞った。
カプセル化粉体を空気中でハンドリングするだけなら、開発済みのカプセル化法で可能であったが、飽和水蒸気の共存する空気に対する耐久性を厳しく追求し、要求性能を高めすぎたきらいがある。その結果、粉体に流動を与えながら反応させる試みが少し後回しになった。
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| 今後の研究の推進方策 |
マグネシウム－10%ニッケル合金を空気中で小麦粉のように扱えるようにする当初目標をしっかり見据え、個々の水素吸蔵反応や放出反応の速度を最適化することには過度にこだわらず、水素輸送システムとして成立することを例示することに注力し、そのシステムに必要な複合材料を具体的に提示していく。
マグネシウム－ニッケル－五酸化ニオブの組み合わせが悪い原因の解析は後日の課題として残す。また、飽和水蒸気含有空気という極端な条件での評価にこだわらず、通常の大気であれば稼働可能なシステムへ仕上げていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コストダウンを追求した固気二相流式反応装置の設計が間に合わなかったため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
固気二相流式反応装置の反応器部分の小型化に過度にこだわらず6月までに設計して発注する。回転釜式反応装置も同様。
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