希少な元素を使わずにアルミニウムと鉄で水素を蓄える ―水素吸蔵合金開発の新たな展開を先導―

希少な元素を使わずにアルミニウムと鉄で水素を蓄える
図2. 周期表の一部と水素化物の形成しやすさの関係。赤色で塗られた金属は 水素と反応しやすく、緑色で示された金属は水素と反応しにくい。


国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

国立大学法人東北大学

大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構

J-PARCセンター

 

概要

国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構(QST)(理事長 平野俊夫)量子ビーム科学部門関西光科学研究所の齋藤寛之グループリーダー、国立大学法人東北大学(総長 大野英男)の佐藤豊人助教(現 芝浦工業大学)、大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構(機構長 山内正則)物質構造科学研究所 池田一貴特別准教授らの研究グループは、資源量が豊富なアルミニウムと鉄を組み合わせた合金で水素が蓄えられることを発見しました。従来のように希少な元素を含むことなく、コンパクトに水素を蓄えられる水素吸蔵合金ができる可能性が示されました。

研究グループは2013年、アルミニウムと銅の合金で水素貯蔵が可能であることを確かめました。この結果を踏まえ、水素と反応しにくい金属(難水素化金属)同士でもその組み合わせ方でさらに水素を多く含む新規材料が得られるのではないかと考え、資源量が豊富な元素であるアルミニウムと鉄の合金に着目しました。この合金に水素を吸蔵させる条件について試行錯誤し、高温高圧の水素と反応させることにより、新しい金属水素化物(水素を吸蔵した合金)の合成に成功しました。合金が吸蔵した水素の量はアルミニウムと銅の合金に比べ数倍多く、レアメタルを使ったこれまでの水素吸蔵合金と同等のレベルであることが分かりました。さらに、その構造を詳細に調べたところ、従来の水素吸蔵合金における金属原子と水素原子の並び方の分類に当てはまらない、新しい並び方であることが分かりました。また、合金の表面の性質を変えることでより低い圧力でも水素を取り込めることも分かりました。

今後の研究により大気圧付近で水素を吸蔵する合金の開発が実現すれば、SDGs(持続可能な開発目標)の「7. エネルギーをみんなに そしてクリーンに」の再生エネルギーの割合拡大の達成への貢献が期待できます。加えて、従来の定石に捉われない水素吸蔵合金開発の可能性を示し、新規材料探索の幅を飛躍的に広げるものと期待されます。なお、本成果に関連する特許は公開済みです(特開2019-199640)。

本研究の一部は、科学研究費補助金新学術領域研究「ハイドロジェノミクス」 (JP18H05513, JP18H05518, 領域代表:折茂慎一)、東北大学金属材料研究所GIMRT共同利用プログラム(18K0032, 19K0049, 20K0022)の支援を受けて実施しました。

 

本成果は7月29日(木)0:00(日本時間)、『Materials & Design』にオンライン掲載されました。

 

本研究成果のポイント

◆従来のようにレアメタルを含むことなく、資源量が豊富なアルミニウムと鉄の合金で水素が蓄えられることを発見
◆「水素と反応しにくい金属同士を組み合わせる」という新発想に基づき発見
◆今後の水素吸蔵合金の材料探索の幅を飛躍的に広げ、レアメタルを含まない実用材料の実現に期待

 


詳しくは  プレスリリース  をご参照ください。