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

以团聚为重点的金属氢化物储氢系统安全运行状况调查

基本信息

批准号：
22K14449
负责人：
奥村真彦
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Sendai National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14449/
关键词：
水素吸蔵合金粉体凝集水素貯蔵 CT ナノインデンテーション

项目摘要

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。

使用可以可逆地结合氢的氢储存合金可以提供氢存储设备，该氢存储设备将氢存储在高体积密度下。但是，合金与存储的氢数量成比例，导致容器的变形。由于容器的变形也可能导致氢泄漏，因此在使用合金构建存储系统时，必须了解合金颗粒单独扩展以在容器上施加力并根据该理解采取措施的过程。先前的研究报告说，在受强力强的容器中可以发现聚集的合金颗粒。因此，申请人认为，这种汇总质量的形成会影响容器上包装床施加的力。因此，在2022财政年度的第一年中，我们检查了合金颗粒凝结的条件。具体而言，通过筛分均匀尺寸的LANI（5）颗粒是无反应和氢的样品反复吸收并释放了约3至10次，并且使用压缩成型夹具和通用测试机进行了单轴压缩，并且基于压缩的行为和基于压缩的表现，并检查了Alloy颗粒的聚合。结果，发现即使压缩操作时的粒径大致相同，重复阻塞和释放的次数就越多，在较低压力下样品的模制越多。此外，认为合金颗粒的压缩特性受到合金颗粒本身的机械性能的影响，并通过纳米构型测试评估合金颗粒的机械性能，这些特性适用于评估微米级的粒度机械性能，例如微调粒子。通过同一测试评估的未反应样品的机械性能与先前的研究一致，证实了该测试的适用性。此外，与未反应的样品相比，氢储存和释放操作后的样品显示出较低的弹性模量和纳米引导硬度。