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。

通过使用能够与氢可逆结合的储氢合金，可以实现以高体积密度储存氢气的储氢装置。然而，合金会随着储存的氢气量成比例地膨胀，从而导致容器变形。容器的变形也会导致氢气泄漏，因此，在使用合金构建存储系统时，了解合金颗粒单独膨胀并对容器施加力的过程非常重要，并在此基础上进行了解。必须采取措施。先前的研究报告称，在受到强力作用的容器内观察到合金颗粒的团聚簇。基于此，申请人认为该团聚体的形成影响填充床施加在容器上的力。因此，在2020年的第一年，我们研究了导致合金颗粒团聚的条件。具体而言，将筛分至均匀粒径的未反应的LaNi(5)粒子和反复吸放氢3～10次的LaNi(5)粒子作为样品，在压缩成型夹具中使用。使用万能试验机进行单轴压缩，从压缩行为和所得成型体的外观来研究合金颗粒的团聚特性。结果发现，即使压缩操作时的粒径相同，经过更多次重复的吸留和释放的样品也在较低的压力下成型。另外，考虑到合金颗粒的压缩性能受合金颗粒本身力学性能的影响，纳米压痕适合评价合金颗粒等微米级粒径的力学性能。通过测试进行评估。本试验评估的未反应样品的力学性能与之前的研究结果一致，证实了本试验的适用性。此外，与未反应的样品相比，储氢-释放操作后的样品表现出较低的弹性模量和纳米压痕硬度。