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R-15
2016

第一原理計算によるTi-V系水素吸蔵合金の特性解析


技術のポイント

Ti-V系合金の組成と平衡水素圧の関係を原子レベルの理論計算を用いて検討し、知見を得た

基礎研究


背景
Ti-V系水素吸蔵合金は吸蔵容量が大きいため、燃料電池への応用が期待されている。しかし、水素を吸収する際の水素圧や反応温度は合金組成によって大きく変化し、実験から最適な組成を予測するのは困難だった

目的
Ti-V系合金と水素化物について、第一原理計算を用いて平衡水素圧を計算する。また、水素化物の体積と平衡水素圧の関係を検討する

成果
(1) Ti0.5V0.5、Ti1.0V1.1Mn0.9合金を対象に平衡水素圧を計算し、実験と比較した。結果、平衡水素圧の解析で定性的に実験の傾向を再現した
(2) Ti-V、Ti-V-Mn合金を対象に平衡水素圧と水素化物の体積の関係を比較した。結果、それぞれの合金系で体積-圧力の対数が線形関係にあり、類似の水素吸蔵メカニズムに従うことが分かった


・手法:PAW法による第一原理バンド計算(VASPコード)

Ti0.5V0.5とTi1.0V1.1Mn0.9の平衡水素圧
平衡水素圧と水素化物の体積

[1] H. Kim et al., Int. J. Hydrog. Energy 39 (2014) 10546.
[2] Y. Nakamura et al., J. Alloys Compd. 509 (2011) 1841.



期待される適応分野
Ti-V系、Mg系等の多元水素吸蔵合金の開発

謝辞 本研究は、NEDOの「水素利用技術研究開発事業」の一環として実施したものである



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