Hydrogen absorption mechanism of aluminum-transition metal alloys from air

铝-过渡金属合金空气吸氢机理

• 批准号: 22H01821
• 负责人: 齋藤 寛之
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: National Institutes for Quantum 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: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01821/
• 关键词: 水素吸蔵; スパッタ; アルミニウム合金; マグネトロンスパッタ; 放射光

申請者らは2020年にマグネトロンスパッタ法で作製したアルミニウム-鉄(Al-Fe)合金薄膜が、成膜後に大気中に取り出すだけで約1重量%の水素を吸蔵すること、さらには、吸蔵された水素が常圧下での加熱により水素ガスとして取り出せることを発見した。Al-Fe合金は従来の水素科学の知見からは水素吸蔵しない材料に分類される。本発見は水素吸蔵しないと考えられていた合金の薄膜が、大気から水素を取り込み吸蔵し放出することを示したものである。Al-遷移金属(TM)薄膜の水素吸蔵は、薄膜が特異な微細組織を有するアモルファル構造をとる場合にのみ実現する。本課題ではAl-FeをはじめとするAl-TM薄膜の水素吸蔵メカニズムの解明をめざす。具体的には、①大気から水素を取り込むメカニズム②薄膜中の水素の安定化機構③アモルファス構造と水素吸蔵能の関係を調べる。水素科学の定石を覆す成果となり、新規創エネルギーデバイスの実現、水素貯蔵の低コスト化につながると期待する。令和4年度には本研究に必要な超高真空チャンバーの立ち上げを主に実施した。目的とするAl-Fe合金薄膜が超高真空中で成膜可能であることを確認した。また、常圧水素吸蔵のポイントとなる微細構造を有していることもSEMおよびTEM観察により明らかにした。一方で、新たに導入した超高真空チャンバーで成膜した試料は、水素吸蔵量が少ないことも分かった。成膜条件がわずかに異なることによって微細構造が変化して、水素吸蔵量に影響を及ぼしている可能性が高いことが分かった。現在、成膜条件を最適化して水素吸蔵量の増加を図るとともに、どの様な微細構造の違いが水素吸蔵量に影響を及ぼしているのかを明らかにすることで、本研究課題の目的である常圧水素吸蔵メカニズムの解明につなげることを目指している。

The applicant shall prepare the Al-Fe alloy thin film by the method of production in 2020. After film formation, about 1 wt % of water element shall be extracted from the film. The water element shall be absorbed and heated under normal pressure. Al-Fe alloys are classified according to the scientific knowledge of water absorption. This paper describes the absorption and emission of water in the alloy film. Al-migration metal (TM) thin film water absorption, thin film special fine structure, and other cases of the occurrence of This subject is about the absorption of water in Al-Fe thin films. The specific parameters are: (1) the water element in the film;(2) the stabilizing mechanism of the water element in the film;(3) the structure of the film; and (4) the relationship between the water element absorption energy. Water element science has been established to achieve new results, new innovations and new developments, and low water storage expectations. In the fourth year of this study, it was necessary to carry out the ultra-high vacuum test. Objective: To confirm the possibility of Al-Fe alloy thin film formation in ultrahigh vacuum. The micro-structure of the film is observed by SEM and TEM. A new method of film formation is introduced. The amount of water absorbed by the sample is reduced. The film formation conditions are different, and the possibility of fine structure change and water absorption is high. The objective of this study is to optimize the conditions for film formation and to determine the effects of microstructure on the increase of water absorption.

项目成果

High-pressure synthesis of aluminum-iron alloy hydride

氢化铝铁合金的高压合成

• 发表时间: 2022
• 作者: Reina Utsumi;Masahiro Morimoto;Hiroyuki Saitoh;Tetsu Watanuki;Toyoto Sato;Shigeyuki Takagi;Shin-ichi Orimo;Hiroyuki Saitoh
• 通讯作者: Hiroyuki Saitoh