成果報告書詳細
管理番号20120000000880
タイトル平成19年度~平成22年度成果報告書 水素貯蔵材料先端基盤研究事業 非金属系水素貯蔵材料の基礎研究
公開日2012/10/27
報告書年度2007 - 2010
委託先名学校法人上智学院
プロジェクト番号P07002
部署名新エネルギー部
和文要約要約(和文)水素社会を実現するために不可欠な高い性能を有する水素貯蔵材料の開発に必要な指針を提供することを目指し、簡便な設備で運用可能で、かつ高温・高圧を要さずに水素化物を創製可能な電解水素チャージによる非金属系の水素貯蔵材料創製技術の確立に向けた指針について研究し、軽量・大容量の水素貯蔵材料の電気化学的方法による作製に必要な反応機構を実験により解析した。
固相Alを用い、水溶液中において電解水素チャージを行う条件を検討し、これまでに報告されている同様の手法によるAlへの水素吸蔵量の約1.5倍となる水素吸蔵(0.0118mass%)を得た。水素の材料中での存在状態の解析により、新たな水素貯蔵技術の可能性を示した。
水酸化物、酸化物の生成が起こらない条件を達成できるプロトンを含む有機溶媒中での電解水素チャージによる水素吸蔵を試みた。手法の有効性は確認できたが、水溶液環境よりも高い水素吸蔵を得るには至らなかった。
電池材料における手法を応用して、材料作製および解析技術への適用として、ミリング処理を施して得られるナノ複合材料に対し、Liイオンを含む有機溶媒中での電解チャージによる非金属性水素化物生成および分解過程の解析を行った。実験により水素化物の生成を示唆する電気化学反応が見られ、ICP元素分析により同反応に対応した元素量の増減が測定されたことから、電気化学的手法による水素化物生成および分解は可能であると推測された。
高容量水素貯蔵材料として注目されているアンモニアボランを用い、電気化学的手法による水素放出の解析を行った結果、新たな高効率水素放出反応を見出し、同材料の実用化における電気化学的手法の有用性が示唆された。
同様に高容量水素貯蔵材料の候補となりうる液体アンモニアの電気分解による水素発生の機構の解析を行った結果、電気分解による水素発生の電流効率が高いことが確認された。
電解チャージと変形を組み合わせて、より容易に水素吸蔵および放出が行える水素貯蔵材料の創製に向けた検討を行った。電解チャージに加えて機械的変形を付与し、水素吸蔵の促進および吸蔵した水素の放出の加速機構の解析を行った結果、水素化物の生成および水素化物からの水素放出のいずれも促進されることを示した。水素化物が生成される環境においては、機械的変形の付与と電気化学的手法の組み合わせが水素吸蔵・放出反応の制御に適用可能であることが示された。
英文要約要約(英文)
The framework on development of fabrication technology of non-metallic hydrogen storage materials was studied on the basis of the electrolysis charging method, and the reaction mechanisms necessary to produce light and high-capacity hydrogen storage materials were analyzed.
In the aqueous solution environment, commercial-purity aluminum was charged under different conditions. Temperature, voltage, charging time and pH value of aqueous solution were varied to obtain the optimum condition of hydrogen charge. The amount of absorbed hydrogen was 1.5 times larger than previously reported value obtained with the same method. A new way of hydrogen storage was suggested through the analysis of the existing state of hydrogen in charged material.
Hydrogen charging was conducted in non-aqueous solution containing proton that was expected to prevent formation of oxide or hydro-oxide layer on the surface of the material. The experimental method was proved to be effective for hydrogen charging, but the amount of absorbed hydrogen did not exceed that in aqueous solution environment.
In a different approach of the electrochemical hydrogen charge, the system of lithium ion battery was adapted for the formation and the analysis of non-metallic hydrides. In the charging and discharging curves of ball milled nano-composite samples, electrochemical reaction was observed suggesting formation or decomposition of hydride phase, and was also confirmed by ICP analysis.
Hydrogen desorption from ammonia borane with electrolysis was analyzed and a new highly efficient hydrogen desorption reaction was found.
Hydrogen gas was generated by the electrolysis of liquid ammonia that has high hydrogen capacity of 17.8 mass%. The current efficiency of electrochemical reaction during decomposition of liquid ammonia was estimated to be 85 %, showing effectiveness of electrochemical method.
Mechanical stress was applied to commercial-purity Ti to clarify effect of mechanical stress on the property of absorption and desorption of hydrogen. It was found that hydrogen absorption is accelerated under tension, and desorption occurs due to decomposition of hydride phase. Electrochemical method combined with mechanical stress was shown to be useful for the control of hydrogen absorption and desorption under the condition of hydride formation.
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