【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.15】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24QS0120

利用課題名 / Title

Mgとハイエントロピー合金の複合薄膜における水素吸蔵放出反応と構造変化の解明

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）-

【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

局所構造, 水素貯蔵材料, 水素吸蔵合金,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)

浅野 耕太

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

Kim Hyunjeong,榊 浩司,中平 夕貴

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

町田 晃彦

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-222：高速2体分布関数計測装置

報告書データ / Report

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

近年の再生可能エネルギー導入拡大に当たり、余剰発電時の電力を水素として水素吸蔵合金に貯蔵し、需要に応じて燃料電池等により発電・給電するシステムの社会実装が進み始めた。水素貯蔵・供給システムの広い普及に向けた主な課題のひとつは水素吸蔵合金の材料コストであり、Pd等の貴金属、希土類および希少遷移金属の使用を削減する必要がある。我々は、低材料コストかつ水素の高密度貯蔵に有望であるが、高い反応温度に課題があったMgに着目し、非混合性の異種金属と複合化することで水素化物MgH₂の熱的安定性低下を図り、Mg系水素吸蔵合金の開発を進めている。本研究では、Mgとハイエントロピー合金（HEA）の複合化を行い、その水素吸蔵放出性を左右する材料の構造を放射光X線全散乱実験により明らかにする。

実験 / Experimental

・本実験用にポリイミド基板上にMgとHEAから成る複合薄膜を事前に積層した。水素吸蔵放出性の評価は本実験と並行してデルフト工科大学にて実施した。
・放射光X線と大型の2次元検出器を利用した回折実験を行った。二体分布関数（PDF）実験では試料と検出器の距離を300 mmにして回折データの測定を行った。2θの分解能を高めた回折データで平均構造変化を評価するため、730 mmに試料と検出器の距離を長くした回折実験も行った。
・ガス雰囲気での測定用カプトンキャピラリー試料セルに試料を充填し、所定の温度に昇温後、1 MPa以下の範囲で圧力を変化させながら測定を行った。ビームラインに設置されている水素ガス供給設備を利用した。
・温度校正・装置パラメータの取得するため、標準試料としてSi(回折)、Ni(PDF)の測定を実施した。
・Mg-HEA複合薄膜の水素ガス雰囲気下でのその場測定を行った。特に水素放出過程を重点的に、水素の出入りに伴う構造変化を追うための測定を実施した。

結果と考察 / Results and Discussion

本実験ではMgとHEAの複合薄膜材料について、Mg(H₂)とHEAの構造および格子ひずみ等の詳細を明らかにするため、BL22XUにおいてX線全散乱実験を行った。これまで薄膜試料厚さは200～300 nm程度としてきたが、この層内に分散しているナノスケールのMg(H₂)の構造の情報を実験的に得ることは容易ではない。実際、汎用のXRDでは回折ピークが検出されにくく困難であり、BL22XUのX線全散乱実験でようやくその構造情報を得てきた。今回もこの方法をMg_x(Ti_0.2V_0.2Zr_0.2Nb_0.2Hf_0.2)_1-x薄膜などに適応し、HEA中のMgにはひずみが導入さえていることと、そのことはMgがHEA中にGPゾーンを形成していることによることが示唆された。

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