九州大、安価で高性能な水素貯蔵合金 FeTi を開発

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九州大学大学院工学研究院 カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所(I2CNER)の堀田善治主幹教授、秋葉悦男教授らの研究グループが、水素貯蔵合金である鉄チタン( FeTi )合金を容易にかつ安価に利用できる新たな製造技術を開発した。FeTi 合金にひずみを与えて大量の格子欠陥を導入することで、煩雑な活性化処理をすることなく繰り返し利用可能になるという。活性化処理に必要な高温・高圧に耐える設備が不要となるため、材料費や設備費の両面から水素貯蔵材料設備の大幅なコスト削減が見込まれる。International Journal of Hydrogen Energy に論文が掲載される。

水素貯蔵合金 FeTi の B2 構造 (出所:九州大学)

水素は気体または液化した状態でボンベに貯蔵するのが一般的だが、保管容器や体積が大きくなるため、金属中に水素化物として高密度に貯蔵する方法がある。なかでも、FeTi 合金は身近で安価な金属元素を材料にできるなど利点があるが、これまで水素貯蔵合金として利用するには使用前に30気圧・450℃の高温環境下で活性化処理を行う必要があった。また、一旦大気中に曝した後は、再度高い水素圧力と高温下での活性化処理が必要であるなど、使用前処理が煩雑であることからほとんど普及していない。

FeTi 合金は鉄とチタンが規則的に配列した金属間化合物であり、具体的には、体心立方構造をベースに、単位胞格子の体心の位置と角の位置で2つの異種原子が交互に並んだB2構造となっている。材料としては極めて強度が高く脆いために塑性変形しにくい性質がある。

巨大ひずみ加工法 (出所:九州大学)

 
研究チームは、この合金を巨大ひずみ加工装置で強制的に変形させ、大量ひずみを付与することで、転位、結晶粒界などの格子欠陥を導入。こうした大量格子欠陥を含むFeTi合金は、水素吸蔵・脱蔵を繰返した後に大気中に曝しても、改めて活性化処理することなく再度利用できることを明らかにした。

活性化後に大気に触れても、FeTi 合金が活性を失うことなく、そのまま使用可能となる。従来の水素貯蔵合金に関する常識を覆す性質を付与したことになる。このため水素貯蔵合金の取扱いが極めて容易になる。

巨大ひずみ加工は試料を拘束条件下で加工する方法であり、変形しても断面積が変化しないことから繰返し加工が可能で大量の塑性ひずみが導入できる。

研究チームでは今後、投入ひずみ量の影響や、活性化処理が不要となるメカニズムの解明など系統的な実験を行っていく。また、一般的な圧延技術などの加工プロセスを行うための研究開発を進め、大量生産性への指針を構築するとしている。特許申請や企業連携による実用化も図る。


PDF形式の発表資料

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「九州大、安価で高性能な水素貯蔵合金 FeTi を開発」への1件のフィードバック

  1. 他でも書いたが、水素吸着合金を粉末にして、3D プリンターで成型すると、水も染み込む無数の小さな穴ができるので、これも貯蔵効率を高める技術に成ると思う。

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