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

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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。