異なる錯イオンが共存した新規錯体水素化物の創製とエネルギー関連機能の評価

不同络合离子共存的新型络合氢化物的创建以及能量相关功能的评估

• 批准号: 17K14830
• 负责人: 李 関喬
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-01 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17K14830/
• 关键词: 水素貯蔵材料; 錯体水素化物; 水素; 複合材料; 遷移金属; 錯体化学; イオン伝導; 全固体電池; マイクロ波技術

本研究では、5重量%以上の高水素密度を有し、室温付近にて可逆的な水素吸蔵・放出が可能な革新的水素貯蔵材料の創製を目指し、熱力学的安定性と水素の結合状態との相関に着目した基礎研究を推進した。具体的には、リチウムやマグネシウムなどの軽金属を陽イオンとし、ホウ素系錯イオンBH4と、遷移金属元素からなるFeH6、NiH4など、水素の結合状態が異なる複数の錯イオンが共存した新規錯体水素化物群を合成し、圧力-組成等温線測定などの手法を用いて合成試料の水素吸蔵・放出特性を評価、水素放出温度や吸蔵性能における水素の結合状態の影響を調査した。代表的な成果としては、高い水素貯蔵密度を有する一方で、水素放出温度の低下ならびに繰り返し水素吸蔵・放出特性の改善が課題であったホウ素系錯体水素化物LiBH4に、遷移金属系錯体水素化物Mg2FeH6を添加した複合材料において、錯体水素化物同士の複合化反応（LiBH4 + Mg2FeH6 → LiH + 2Mg + (FeB, Fe) + H2）によってLiBH4単体の分解反応における高い熱力学的安定性が改善され、150℃も低い温度領域にて水素放出が可能であることを実証した。また、600 ℃、35 MPaの高温高圧下においても部分的にしか水素吸蔵反応が進行しないと報告されているLiBH4に対し、本研究にて合成した複合材料では、400 ℃、20 MPaにおいて顕著な水素貯蔵量の減少を伴わずに4回以上の繰り返し水素吸蔵・放出が可能であることも見出した。本研究の結果より、水素の結合状態が異なる錯イオンの複合化が新たな高密度水素貯蔵材料の合成手法として有望であることが示され、今後は効果的な錯イオン種の組み合わせの選定や、複合化比の最適化により、優れた繰り返し水素吸蔵・放出特性を有する高密度水素貯蔵材料の創製が進むものと大いに期待される。

在这项研究中，我们旨在创建创新的氢储存材料，高氢密度为5％或更多，能够在室温下可逆的氢吸收和释放，我们促进了基础研究，重点是热力学稳定性与氢键之间的相关性。具体而言，一组新的复合氢化物，其中将光金属（例如锂和镁用作阳离子），基于硼基的复合离子BH4和具有不同氢键状态的多个复合离子，例如由过渡金属元素组成的FEH6和NIH4，并共存的液体储存和释放。研究了氢键在氢释放温度和储存性能上的结合状态。 A typical result was that, in a composite material in which the transition metal complex hydride Mg2FeH6 was added to the boron-based hydride LiBH4, which had a high hydrogen storage density, which had a problem with lowering the hydrogen release temperature and improving the repeated hydrogen storage and release characteristics, the complex hydrides were combined with the complex hydrides (LiBH4 + Mg2FeH6 → LiH + 2Mg + (FeB, Fe) + H2），仅在LIBH4的分解反应中提高了高热力学稳定性，并且可以在低至150°C的温度范围内实现氢释放。此外，发现与LIBH4相反，据报道，即使在高温和高压为600°C和35 MPa的高压下，据报道，这仅在氢储存反应中部分进展，这项研究中合成的复合材料能够重复氢存储，并在400°C和20 MPA中重复释放四个或更多次，而无需释放四次或更多次氢气。这项研究的结果表明，具有不同氢键状态的复杂离子有望成为合成新的高密度氢存储材料的新方法，并且备受期待的是，将来，具有出色的重复氢存储和释放特性的高密度氢储存材料将通过选择复杂离子物种的有效组合并优化组合比率来进展。

项目成果

Institute for Energy Technology/Physics Department(ノルウェー)

能源技术研究所/物理系（挪威）

Helmholtz-Zentrum Geethach/Institute of Materials Research/Department of Nanotechnology(ドイツ)

亥姆霍兹-Geethach中心/材料研究所/纳米技术系（德国）

Thermodynamic Properties and Reversible Hydrogenation of LiBH4-Mg2FeH6 Composite Materials

• DOI: 10.3390/inorganics5040081
• 发表时间: 2017-12-01
• 期刊: INORGANICS
• 影响因子: 2.9
• 作者: Li, Guanqiao;Matsuo, Motoaki;Orimo, Shin-ichi
• 通讯作者: Orimo, Shin-ichi

In-situ powder neutron diffraction study on the formation process of LaMg2NiH7

• DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.02.196
• 发表时间: 2017-08
• 期刊: International Journal of Hydrogen Energy
• 影响因子: 7.2
• 作者: Toyoto Sato;K. Ikeda;M. Matsuo;K. Miwa;T. Otomo;S. Deledda;B. Hauback;Guanqiao Li;S. Takagi