Giant magnetocarolic effect caused by metamagnetic transition for hydrogen magnetic refrigeration

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水素エネルギーを利用する社会の実現が近づいている。液体水素は水素の貯蔵や輸送形態に有利であり、さらには超伝導技術との融合により、高効率な電力伝送にも活用できる。一方、液体水素を生成するには所定のエネルギーの投入が必要となるため、これに見合う高効率な冷凍技術が鍵となる。申請者らはこれまでに水素磁気冷凍というジャンルを日本で確立してきた。要素研究である、磁性体開発・熱力学サイクルの研究から液化の実証に成功してきた。この過程で、実用冷凍機の実現には、巨大磁気熱量効果を示す磁性体が必要であり、一次相転移磁性体の最適化が有望であることが明らかになった。 令和4年度では、ErCo2, HoCo2の一次転移磁性体以外のRNi2, RAl2系列の熱伝導、電気伝導測定を行い、輸送特性から磁気冷凍用磁性材料の適性を評価した。具体的には磁気冷凍サイクルの磁場変化周期や熱交換時間と得られた熱伝導率を用いて、磁気冷凍用磁性材料の具体的なサイズの検討をおこなった。また、磁場変化時における渦電流発熱を電気伝導率から計算し、熱伝導から要請される磁性体サイズでは冷凍性能に与える影響は非常に小さいことを明らかにし、学術論文で発表した。一次転移磁性体の磁気熱量効果やエントロピー特性を用いて、小型磁気冷凍試験機での性能をサイクルシミュレーションにより解析し、液化冷凍サイクルが可能なことを示した。これら成果について、学会発表をおこなった。試験冷凍機での液化実証に成功し、論文発表を行うともにプレスリリースを行ったが、新聞に取り上げられるなどの成果があった。