Hydrogen absorption mechanism of aluminum-transition metal alloys from air

铝-过渡金属合金空气吸氢机理

基本信息

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

项目摘要

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。

2020年，申请人发现，通过磁控溅射制备的铝铁(Al-Fe)合金薄膜，在成膜后仅暴露于大气中就可以吸收约1重量％的氢气。常压下加热提取为氢气。根据氢科学的常规知识，Al-Fe合金被归类为不吸收氢的材料。这一发现表明，原本被认为不会吸收氢的合金薄膜，却从大气中吸收氢，储存起来，然后释放出来。仅当薄膜具有具有独特微观结构的非晶结构时，Al-过渡金属（TM）薄膜中的氢储存才可能实现。在这个项目中，我们的目标是阐明包括Al-Fe在内的Al-TM薄膜的吸氢机制。具体来说，我们将研究（1）从大气中吸收氢的机制，（2）薄膜中氢的稳定机制，以及（3）非晶结构与储氢能力之间的关系。希望这一结果能够颠覆氢科学的传统观点，从而实现新的能源创造装置并降低氢存储的成本。 2020财年，我们主要搭建了本研究所需的超高真空室。证实可以在超高真空中形成所需的Al-Fe合金薄膜。此外，SEM 和 TEM 观察表明，它具有精细的结构，这是在大气压下储氢的关键。另一方面，还发现在新引进的超高真空室中成膜的样品有少量的氢吸收。研究发现，成膜条件的微小差异会引起微观结构的变化，这可能会影响储氢量。目前，该研究项目的目的是优化成膜条件以增加储氢量，并阐明微观结构的差异影响储氢量，目的是帮助阐明大气储氢机制。

项目成果

期刊论文数量（16）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

High-pressure synthesis of aluminum-iron alloy hydride

氢化铝铁合金的高压合成

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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