リチウム吸蔵合金を用いた水素貯蔵材料の特性制御技術の確立

建立利用储锂合金控制储氢材料特性的技术

基本信息

批准号：
11F01068
负责人：
市川貴之
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11F01068/
关键词：
水素貯蔵材料リチウムイオン電池メカニカルアロイング

项目摘要

昨年度に引き続きリン(P)とスズ(Sn)に注目して研究を行ったが, Li-P合金は水素吸蔵能を示さなかった。続いてLi-Sn系では, Li-Si系やLi-Ge系と同様にボールミリング処理(メカニカルアロイング)によって, Li_<1.1>Snの生成を試みた。しかし, 生成した相は, Li_<1.25>Snであった。この試料を用いて, PC-isotherm測定を行ったところ, 明瞭な2種類の中間相が存在すると考えられるプラトーが確認された。詳細な解析の結果, Li_<17>Sn_4+3.5H_2↔0.8Li_<13>Sn_5+7LiH, 0.8Li_<13>Sn_5+7LiH+3H_2↔4LiSn+13LiH,の反応式で記述できる事が明らかとなり, Si, Geの場合と同様に, LiHと比較して水素分子1モル当たり約100kJ程度, 特に2段階目の反応は, 150kJ程度不安定化している事が明らかとなった。これらの結果は, リチウムイオンニ次電池の負極特性とよく整合することも明らかとなり, リチウムイオンニ次電池の開発において試みられてきた第三元素の添加によって生じる電気化学特性の変化から, 水素貯蔵材料の特性予測が可能であることを裏付ける結果と考えられる。以上の結果は, 8月に開催された国際会議において発表を行った。以上に加え, 類似の系として, Li-Si系材料のLiをカリウム(K)に置き換えた材料研究にもにも着手した。結果として, 新たな水素吸蔵放出の反応系として, 4mass%以上の水素量を示すKSiH_3の特性を詳細に調べた。空気に対して非常に活性の高いため, 表面が安定化して水素との反応性に乏しいが, 種々の方法で活性化処理が可能である事が明らかとなった。これについては, 水素エネルギー協会大会にて発表を行い, 本系は4mass%以上の水素を150℃以下で吸蔵放出可能な系として注目を集めた。

延续去年的研究重点是磷（P）和锡（Sn），但Li-P合金并未表现出储氢能力。接下来，在Li-Sn体系中，我们尝试通过球磨（机械合金化）来生成Li_<1.1>Sn，类似于Li-Si和Li-Ge体系。然而，形成的相是Li_ 1.25 Sn。当使用该样品进行 PC 等温线测量时，确认了平台，这表明存在两种不同类型的中间相。详细分析的结果表明，该反应可以用以下反应式来描述： Li_<17>Sn_4+3.5H_2↔0.8Li_<13>Sn_5+7LiH，0.8Li_<13>Sn_5+7LiH+3H_2 ↔4LiSn+13LiH, 与 Si、Ge 的情况相同，很明显，与 LiH 相比，每摩尔氢分子的失稳约为 100 kJ，尤其是第二阶段反应，约为 150 kJ。还清楚的是，这些结果与锂离子二次电池的负极特性以及在锂离子二次电池的开发中尝试的添加第三元素引起的电化学特性的变化非常吻合。，表明储氢材料可以是该结果被认为支持可以预测的特性。上述结果在8月份举行的国际会议上公布。除此之外，我们还开始研究用钾（K）代替Li-Si材料的类似材料。因此，我们详细研究了氢含量超过4质量％的KSiH_3作为一种新型储氢和解吸反应体系的特性。由于它对空气的活性很高，因此其表面很稳定，与氢的反应性很差，但已经清楚可以使用各种方法将其活化。我们在氢能协会会议上对此进行了演示，该系统作为能够在低于 150°C 的温度下储存和释放超过 4 质量%的氢气的系统而引起了人们的关注。

项目成果

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专利数量（0）

Destabilization of LiH by Li insertion into Ge

Li插入Ge导致LiH不稳定

DOI：
10.1021/jp400133t
发表时间：
2013
期刊：
Journal of Physical chemistry C
影响因子：
3.7
作者：
Ankur Jain;Erika Kawasako;Hiroki Miyaoka;Tao Ma;Shigehito Isobe;Takayuki Ichikawa;Yoshitsugu Kojima
通讯作者：
Yoshitsugu Kojima

KSiの水素貯蔵特性

KSi的储氢特性