Investigation of safety operation condition of hydrogen storage system using metal hydride focused on agglomeration

可逆的に水素と結合可能な水素吸蔵合金を用いると、高体積密度に水素を貯蔵する水素貯蔵装置が実現できる。しかしながら、合金は蓄えた水素の量に比例して膨張し、その容器の変形を招く。容器の変形は水素の漏出にもつながりうるため、合金を用いた貯蔵システムを構築する場合は、合金粒子群が個々の膨張を経て容器に力を及ぼすまでのプロセスを理解し、その理解に基づく対策を講じることが必須である。既往の研究において、強い力を受けた容器の内部では合金粒子が凝集した塊が確認されるとの報告がある。このことから、申請者は充填層が容器に及ぼす力に対しこの凝集した塊の形成が影響を及ぼすものと考えている。そこで、初年度となる令和４年度の１年間は、合金粒子が凝集に至る条件について検討した。具体的には、ふるい分けによって粒度を揃えたLaNi(5)の粒子群について、未反応のものと水素を3～10回程度繰り返し吸蔵放出させたものを試料とし、それらを圧縮成型用の治具および万能試験機を用いて単軸圧縮し、被圧縮挙動と得られた成型体の様子から、合金粒子群の凝集特性を検討した。この結果、圧縮操作を受ける時点での粒径が同程度であっても、吸蔵放出を繰り返した回数が多い試料ほどより低い圧力で成形されることがわかった。また、合金粒子の被圧縮特性は合金粒子そのものの機械的特性に影響を受けるものと考え、合金粒子のようにミクロンオーダーの粒径を対象とした機械的特性の評価に適しているナノインデンテーション試験によって、合金粒子の機械的特性を評価した。同試験によって評価した未反応の試料の機械的特性は既往の研究と整合するものであり、同試験の適用可能性を確認できた。また、未反応の試料と比較して、水素吸蔵放出操作後の試料はより低い弾性係数およびナノインデンテーション硬さを示した。

可逆的に水素と結合可能な水素吸蔵合金を用いると、高体積密度に水素を貯蔵する水素貯蔵装置が実現できる。しかしながら、合金は蓄えた水素の量に比例して膨張し、その容器の変形を招く。容器の変形は水素の漏出にもつながりうるため、合金を用いた貯蔵システムを構築する場合は、合金粒子群が個々の膨張を経て容器に力を及ぼすまでのプロセスを理解し、その理解に基づく対策を講じることが必須である。既往の研究において、強い力を受けた容器の内部では合金粒子が凝集した塊が確認されるとの報告がある。このことから、申請者は充填層が容器に及ぼす力に対しこの凝集した塊の形成が影響を及ぼすものと考えている。そこで、初年度となる令和４年度の１年間は、合金粒子が凝集に至る条件について検討した。具体的には、ふるい分けによって粒度を揃えたLaNi(5)の粒子群について、未反応のものと水素を3～10回程度繰り返し吸蔵放出させたものを試料とし、それらを圧縮成型用の治具および万能試験機を用いて単軸圧縮し、被圧縮挙動と得られた成型体の様子から、合金粒子群の凝集特性を検討した。この結果、圧縮操作を受ける時点での粒径が同程度であっても、吸蔵放出を繰り返した回数が多い試料ほどより低い圧力で成形されることがわかった。また、合金粒子の被圧縮特性は合金粒子そのものの機械的特性に影響を受けるものと考え、合金粒子のようにミクロンオーダーの粒径を対象とした機械的特性の評価に適しているナノインデンテーション試験によって、合金粒子の機械的特性を評価した。同試験によって評価した未反応の試料の機械的特性は既往の研究と整合するものであり、同試験の適用可能性を確認できた。また、未反応の試料と比較して、水素吸蔵放出操作後の試料はより低い弾性係数およびナノインデンテーション硬さを示した。