成果報告書詳細
管理番号20130000000922
タイトル平成19年度-平成23年度成果報告書 水素貯蔵材料先端基盤研究事業 水素と材料の相互作用の実験的解明(委託先名 国立大学法人大阪大学) 
公開日2014/5/9
報告書年度2007 - 2011
委託先名国立大学法人大阪大学
プロジェクト番号P07002
部署名新エネルギー部
和文要約「水素貯蔵材料の反応における表面構造変化に関する研究」は、水素貯蔵合金の最適構造探索による水素貯蔵システム構築のため、特にTiおよびTi合金表面における水素の吸着構造形態や吸着量を原子レベルで調査し、水素貯蔵における水素出入り口としての表面の役割について、新しい知見を得ることを目的としている。高分解能の放射光X線光電子分光法を用いた実験から、酸化処理したTi表面においては、清浄なTi表面と比較して水素の吸蔵量が増加することが示された。本結果は、酸素吸着による表面の構造変化が水素吸蔵能を向上させる可能性を持つことを示唆している。また、合金化による水素吸着機構の変化を調べるため、予備的な研究としてTiNi、TiAl合金表面の酸化による表面構造変化を調査した。その結果、水素吸着による表面構造変化を調べる研究へ十分展開できることが分かった。これら一連の研究で得られた知見および確立した実験手法を様々な系に適用し、水素の出入り口としての表面の立場から水素貯蔵の初期吸着機構を系統的に明らかにすることは、水素貯蔵合金開発への新たな指針につながる。

「水素吸蔵合金の超高圧環境下の電気的・磁気的研究」は、高密度化した水素吸蔵合金中の水素の状態に関する情報を得るために超高圧環境下における電気特性・磁気特性を調査することを目的としている。数万気圧オーダーの高密度水素中への暴露で金属格子中へ高濃度に水素を吸蔵させて水素吸蔵合金試料を育成するための低温式水素流体充填装置の開発に成功し、これは他のグループの供用にも付し成果を上げた。希土類水素化物が高圧力の印加で絶縁体から金属に相転移する現象を調査するため高圧力下の電気伝導特性の評価をおこなったところ、圧力誘起の構造相転移と連動した電気伝導特性があきらかになり、水素吸蔵量の違いによってその温度依存性や光応答性が変化することが発見された。このことにより、金属−水素結合状態が関連する電磁気物性に対して高圧力が大きな影響を与え、その高密度化によってこれまでにない物性制御が可能であるという将来の材料開発指針を示した。また、本研究で確立された高圧力下の物性測定技術は水素吸蔵材料の新しい評価手法につながる先端的技術として発展が見込まれる。
英文要約The "study of structural changes on the surface reaction of hydrogen storage materials" aimed at a new understanding of the surfaces of hydrogen-storage materials as a gate for hydrogen, in particular, by elucidating the hydrogen behaviors on Ti and Ti-related alloys.
It is expected that the outcome of this research project can be applied for the searching of the most optimized hydrogen-storage system.
The study using high-resolution x-ray photoemission spectroscopy in conjunction with the synchrotron radiation demonstrated that more hydrogen molecules are accumulated on the oxidized Ti surfaces, suggesting the oxygen-induced structural changes of surfaces may enhance the hydrogen storage.
Moreover, the preliminary studies on the oxidation of TiNi and TiAl demonstrated the possibility of applying our experimental methods to the hydrogen adsorption and./or hydrogen absorption on the alloy surfaces.
Our series of experiments suggest that the systematic studies of the surfaces of hydrogen-storage materials as a gate for hydrogen can lead to the new strategy of designs of the hydrogen-storage materials.

The "electrical and magnetic study of hydrogen storage alloy at ultrahigh-pressure" was intended to obtain information about electrical and magnetic properties of hydrogen in hydrogen storage alloy in highly-dense state.
The cryogenic loading system for introducing and encapsulating dense fluid hydrogen into high pressure device had been designed and constructed to grow hydrogen strage materials: metal exposed to dense hydrogen fluid of several giga-pascals absorbs hydrogen in high concentration.
The system have been served to shared use in NEDO project and achieves significant results in the electrical and structural study of metal hydrides at high pressure. The measurements of electrical conducting properties of rare earth hydrides at high pressure were performed to clarify the phase transition from insulator to metal. The electrical conducting properties markedly are changed with pressure-induced structural phase transition, and its temperature- and/or optical irradiation dependences is associated by hydrogen absorbed.
The results show that the pressure is beneficial tool to control the physical properties associated with metal-hydrogen bonding state and introduce the guidelines for new material development.
The method to measure physical properties at high pressure established in this study is expected to lead cutting-edge technology for evaluation of hydrogen storage materials.
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