【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.21】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23QS0115

利用課題名 / Title

高圧下でのY₃Al₂の水素吸蔵反応の観測

利用した実施機関 / Support Institute

量子科学技術研究開発機構 / QST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

水素貯蔵/ Hydrogen storage,X線回折/ X-ray diffraction,放射光/ Synchrotron radiation

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

佐藤 豊人

所属名 / Affiliation

芝浦工業大学工学部機械機能工学科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

島田 有基,中平 夕貴,内海 伶那

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

齋藤 寛之

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

QS-141：高温高圧プレス装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

カーボンニュートラルの達成を目指し、高密度に水素を貯蔵する手法が求められている。中でも水素を原子として貯蔵する材料は（水素貯蔵材料）、水素ガスを高圧下で貯蔵する高圧貯蔵や極低温下で貯蔵する液化貯蔵よりもコンパクトな水素貯蔵が実現可能である。一方、水素貯蔵材料は、質量当たりの水素貯蔵量が低いことが課題であり、高密度に水素を含有する新規水素貯蔵材料の探索が不可欠となっている。様々な水素貯蔵材料が報告されているが、金属間化合物Y₃Al₂は、3 MPaの水素雰囲気、373 Kで水素と反応して2 mass%の水素を含有するY₃Al₂H_6.5を形成する（1式）。Y₃Al₂H_6.5に関して、吸蔵された水素は、昇温により放出され、Y₃Al₂H_2.2を形成し、Y₃Al₂H_2.2とY₂Al₃H_6.5の間では可逆的に水素を吸蔵・放出する（2式）[1, 2]。
Y₃Al₂ + 3.25H₂ → Y₃Al₂H_6.5    (1式)
Y₃Al₂H_6.5 ↔ Y₃Al₂H_2.2 + 2.15H₂    (2式)
Y₃Al₂H_6.5における水素位置は明らかになっていないが、YとAlの金属配列の観点から更なる水素吸蔵反応が予想される。一方、水素と物質の反応は、圧力が1 GPa以上で急激に促進される。即ち、1 GPa以上で更なる水素吸蔵反応が予想される。そこで、本研究では、新規Y₃Al₂水素化物の探索を目的にY₃Al₂の1 GPa以上での水素化反応を放射光X線回折でその場観測した。

実験 / Experimental

Y₃Al₂は、アーク溶解炉を用いてYとAlから合成された。Y₃Al₂は、高圧実験用セルに水素源（BH₃NH₃）と共に同封され、BL14B1の高圧プレスに設置された後、Y₃Al₂の高圧下での水素吸蔵反応が放射光X線回折でその場観察された。

結果と考察 / Results and Discussion

図に9 GPaに到達後、400℃に昇温して、30分間保持した時のX線回折パターンを示す。400℃に到達して、約10分後にY₃Al₂H_x (x < 6.5)や既存の物質では帰属できないブラッグピークが観測された。また、YやAlの析出を示唆するブラッグピークも観測されなかったため、新規水素化物相であることが示唆された。今後、結果を解析し、新規水素化物相を同定する。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

9 GPa, 400℃に到達後のX線回折パターン

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

[1] K. Ikeda, N. Watanabe, S. Kato, T. Sato, Y. Nakamori, S. Orimo, J. Alloys Compd. 471, L13-15, (2009).
[2] T. Sato, K. Ikeda, K. Ohoyama, N. Watanabe, S. Orimo, J. Alloys Compd. 481, 254-257, (2009).

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件