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2015 年度 実績報告書

分子シミュレーションによる革新的な水素貯蔵ソフト多孔体の探索

研究課題

研究課題/領域番号 26620060
研究機関京都大学

研究代表者

田中 秀樹  京都大学, 工学研究科, 講師 (80376368)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワードゼオライト鋳型炭素 / 水素貯蔵 / 分子シミュレーション
研究実績の概要

本研究では,高い水素貯蔵能を持ち,かつ低温水素吸着貯蔵タンクへの急速ガス充填時における吸着熱の発生に伴う温度上昇と,それに起因する吸着量の減少を,ガス吸着に誘起される吸着材の構造変形に伴う『熱吸収』によって抑制する自己熱補償型ソフト水素貯蔵材料の創製を目的とした。H27年度は,H26年度に確立したゼオライト鋳型炭素(zeolite templated carbon: ZTC)の「合成シミュレーション・分子モデリング」手法を用いて,数十種のゼオライトを鋳型とするZTCの合成を計算機上において行った。これによって,17種類のゼオライトから3次元ネットワーク構造を有するZTCが得られることが明らかとなり,また,ゼオライトへの炭素導入量を変えることで,合計89種のZTCモデルを構築することができた。そして,得られたZTCモデルに対する水素吸着シミュレーション(吸着圧:100 bar,脱着圧:1 bar)を実施したところ,温度298 Kではアメリカエネルギー省のターゲット(体積密度:40 kg/m3,重量密度:6 wt%)を達成することは不可能であった。しかし,温度77 Kでは液体水素密度73 kg/m3(20 K, 1 bar)の2/3に匹敵する体積密度を示すZTCが多く得られた。水素の体積密度が最大となったのは,BEAゼオライトを鋳型とするBEA-ZTCであり,その貯蔵量は49 kg/m3であった。一方,水素の重量密度が最大となったのは,FAUゼオライトを鋳型とするFAU-ZTCであり,11 wt%が得られた。現在,水素の大量輸送・貯蔵手段の一つとして液化水素が有望視されているが,その実用化上,問題となるのが貯蔵タンクからの水素のボイルオフである。本研究によって得られたFAU-ZTCおよびBEA-ZTCは,そのボイルオフガスの回収・貯蔵用吸着材料としての応用が期待される。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Understanding gate adsorption behaviour of CO2 on elastic layer-structured metal–organic framework-112016

    • 著者名/発表者名
      S. Hiraide, H. Tanaka and M. T. Miyahara
    • 雑誌名

      Dalton Trans.

      巻: 45 ページ: 4193-4202

    • DOI

      10.1039/C5DT03476K

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 吸着等温線の解析法-メソ孔径分布解析-2016

    • 著者名/発表者名
      田中 秀樹
    • 雑誌名

      Adsorption News

      巻: 29(4) ページ: 12-19

  • [雑誌論文] 低温物理吸着による水素同位体分離2016

    • 著者名/発表者名
      田中 秀樹, 宮原 稔
    • 雑誌名

      エアロゾル研究

      巻: 31 ページ: 32-38

    • DOI

      10.11203/jar.31.32

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Potential Theory for Gate Adsorption on Soft Porous Crystals2015

    • 著者名/発表者名
      R. Numaguchi, H. Tanaka, S. Hiraide and M. T. Miyahara
    • 雑誌名

      Mol. Simul.

      巻: 41 ページ: 1329-1338

    • DOI

      10.1080/08927022.2015.1047369

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 吸着等温線の解析法-マイクロ孔径分布解析-2015

    • 著者名/発表者名
      田中 秀樹
    • 雑誌名

      Adsorption News

      巻: 29(3) ページ: 22-26

  • [学会発表] Hydrogen isotope separation by carbonaceous materials2015

    • 著者名/発表者名
      H. Tanaka and M. T. Miyahara
    • 学会等名
      2015 AIChE Annual Meeting
    • 発表場所
      Salt Lake City, USA
    • 年月日
      2015-11-08 – 2015-11-13
    • 国際学会
  • [学会発表] ナノ空間設計による吸着特性制御とその工学的モデル化2015

    • 著者名/発表者名
      田中 秀樹
    • 学会等名
      材料化学システム工学討論会2015, 化学工学会 材料・界面部会
    • 発表場所
      東京工業大学, 東京
    • 年月日
      2015-08-31 – 2015-08-31
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子シミュレーションによる炭素材料のモデリング2015

    • 著者名/発表者名
      田中 秀樹
    • 学会等名
      岡山大学異分野融合研究育成支援事業 シンポジウム 酸化グラフェン-無機・有機・高分子複合材料の合成と用途開拓
    • 発表場所
      岡山大学, 岡山
    • 年月日
      2015-08-28 – 2015-08-28
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular Modeling of Carbonaceous Materials for Gas Separation and Storage2015

    • 著者名/発表者名
      Hideki Tanaka
    • 学会等名
      13th China-Japan-Korea Joint Symposium on Carbon Materials to Save the Earth (CES2015)
    • 発表場所
      Xi’An, China
    • 年月日
      2015-08-19 – 2015-08-22
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考]

    • URL

      http://www.cheme.kyoto-u.ac.jp/2koza/index.html

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公開日: 2017-01-06  

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