【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.18】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24QS0019

利用課題名 / Title

TiFeH₄相形成条件の検討および元素置換効果

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

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

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)

榊 浩司

所属名 / Affiliation

産業技術総合研究所

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

Charbonnier Veronique,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)

TiFe系水素吸蔵合金は安価な元素で構成され、室温近傍で可逆的に水素を吸蔵できることから定置型水素エネルギー貯蔵システムとしての利用が期待されている。一方でさらなる高容量化も求められている。第一原理計算により、従来の水素濃度(H/M=1 (ユニットセル内の金属原子に対する水素原子の割合))を大きく上回るH/M=2の水素濃度の水素化物の形成の可能性が示唆されている。提案者らは2023Bのビームタイムで組成を改良したTiFe系水素吸蔵合金に対してSPring-8のBL14B1を用いた高圧合成実験を実施した。そこで、ある組成の合金においてH/M=2の水素化物の結晶構造に帰属した回折ピークを確認した。そこで、本研究では構成元素の種類と組成を変化させた試料に高圧合成実験を実施し、高濃度水素化物の形成の有無を確認した。

実験 / Experimental

実験はSPring-8のBL14B1ビームラインに設置された180トン超高圧発生装置を用いた。これまでと同様に試料セルに実験試料と水素源を封入し装置にセットした。加圧条件下で温度を200℃以上に加熱することで水素源を分解させ、水素を試料セル内部に発生させた。これに伴い試料の水素化反応を進行させた。温度・圧力を変化させることで水素化反応が進む過程を回折実験により観察した。また、室温に冷却後減圧する過程の水素化物の水素放出反応に起因した構造変化の観察も行った。

結果と考察 / Results and Discussion

2023B期の再現実験として同じ試料について高圧合成その場観察を実施した。試料を高温・高圧環境下で水素を吸蔵させることで、初期構造であるB2構造に起因した回折ピークが時間とともに変化し、TiFeH₄相に起因した回折ピークが現れた。この相変化が試料の一部(表面)でだけ行っているのかを確認するため、試料位置を動かしながら測定を行ったところ、試料全体で同様の回折パターンを示した。すなわち試料全体で水素化反応が進行したことを確認した。また、室温で減圧する際にこの回折ピークが消滅したことから、減圧により水素放出反応が進行することも確認できた。一方で、試料温度を高くするとTiH₂由来のピークが現れ分解反応が生じることも明らかになった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

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

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