Mechanism and control of hydrogen storage and supply reactions under inner stress field induced by nano-interface with immiscible metals

难混溶金属纳米界面诱导内应力场储供氢反应机理及控制

基本信息

批准号：
21H01744
负责人：
浅野耕太
金额：
$ 11.15万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01744/
关键词：
エネルギー関連材料水素貯蔵材料ナノ構造制御構造解析

项目摘要

本研究では、再生可能エネルギー導入拡大に向けて、電力の安全・安定供給に利用する高水素密度かつ低材料コストの水素貯蔵材料を創製する。貴金属、ランタノイドおよび希少遷移金属の使用から脱却し、MgH2およびYH3といった水素の高密度貯蔵に有望である金属水素化物の課題であった高い反応温度を低下させるべく、非混合性の異種金属との複合化をナノスケールで進める。金属水素化物の熱力学的な安定性を制御する鍵は、構造のひずみあるいは変化にあり、ナノスケール化による界面または表面の原子配列に起因した内部応力の発生を利用する。研究代表者ら独自の材料創製法を駆使することで、それらの界面および表面の構造、形状にバリエーションをもたせ、熱力学的安定性の評価と先端的構造解析およびシミュレーション技術を併せることで、目的とする材料と水素の反応温度低下を実現する。2021年度はMg-Mn系薄膜合金試料を用いた水素吸蔵放出反応評価により、Mgサイズのナノスケール化により起こるMgH2の不安定化は低温ほど顕著になり、常温付近では最大で2.5桁程度の水素放出圧力の上昇が示唆された。粉体合金試料についてMgとMnの混合状態を調べた結果、メカニカルアロイング法による機械的混合に起因して、Mn中のMgは平べったい形状をもち、さらなるサイズ縮小が必要であることが分かった。2022年度はこれまでに試作した合金試料の水素吸蔵放出反応性評価を進め、特に金属溶湯脱成分法によるバルク体について、Mgサイズの縮小化に力を入れた。具体的には前駆合金の組成を工夫してMg溶湯に浸透させる際にMgが成長して粗大化することを妨げた。その結果これまでになく大幅な水素化物相の不安定化を示す兆候が得られた。引き続き各材料創製法を駆使して試料を試作し、その水素吸蔵放出性評価を実施していく。

在这项研究中，为了扩大可再生能源的引入，我们将创建具有高氢密度和低材料成本的氢存储材料，用于安全稳定的电力供应。为了摆脱使用贵金属，灯笼和稀有过渡金属的使用，并降低高反应温度，这对金属氢化物来说是一个有希望的挑战，对于MGH2和YH3（例如MGH2和YH3）的高密度存储（如MGH2和YH3），在纳米级上携带了与非混合差异金属的络合。控制金属氢化物的热力学稳定性的关键是结构的应变或变化，利用由于纳米尺度化引起的界面或表面的原子布置引起的内部应力的产生。通过使用我们自己独特的材料创建方法，研究人员可以在其界面和表面的结构和形状上创建变化，并结合热力学稳定性评估，尖端结构分析和仿真技术，可以降低目标材料和氢之间的反应温度。在2021财年，使用基于MG-MN的薄膜合金样品对氢的吸收和释放反应进行评估表明，在较低温度下，由纳米级MG尺寸引起的MGH2的不稳定，这表明在室温下，氢释放压力最多会增加2.5次。研究了用于粉末合金样品的Mg和Mn的混合状态，发现由于机械合金化的机械混合，Mg中的MG具有扁平的形状，需要进一步降低尺寸。在2022财年中，我们一直在评估我们到目前为止制作的合金样品的氢气和释放反应性，并着重于使用金属熔融金属分解方法降低体积体的MG尺寸。具体而言，当开发前体合金组成并渗透到熔融毫克中时，可以防止MG生长并变得更粗糙。结果显示出比以往任何时候都更大的氢化物相位稳定的迹象。样品将使用各种材料创建方法生产，并评估氢的吸收和释放性能。