Mg/Cu超積層体における微細構造の遷移と水素吸蔵メカニズム

摘要

マグネシウムはMgH_2を形成して7.6mass%という大量の水素を貯蔵できるため，水素貯蔵材料として有望である.しかしながら，実用的な水素放出速度を得るには673K以上の温度が必要である.このような温度は，実用上高すぎる.したがって，水素放出速度の向上や放出温度の低下を目指してMg基合金や化合物が研究されてきた.ボールミルにより欠陥を導入して表面物性を向上させたり,反応系に適切な触媒を加えることにより，速度論的な向上がなされてきた.熱力学的な水素放出温度の低下，つまり，水素化物生成エソタルピーの絶対値の減少は，Mgと合金化する第二元素を添加することにより達成可能である.ReillyとWiswallは，2Mg_2Cu+3H_2⇄3MgH_2+MgCu_2という反応により，Mg_2Cuが573K,2.1MPa(H_2)という条件で，可逆的に水素と速やかに反応することを示した.一方，上田らは，573Kで初期活性化を行ったMg/Cu超積層体(Mg：Cu=2：1)が473Kで可逆的に水素吸蔵•放出すると報告した.これは，通常のMg基材料の反応温度よりも低いが，後述するように，熱力学的特性の変化の結果ではなく，反応速度の向上の結果と考えられる.%The microano-structural transition and hydrogen absorption mechanism in Mg/Cu super-laminate composites (SLCs) were investigated. Differential scanning calorimetry (DSC) measurements were performed on Mg/Cu SLCs at several heating rates and till several repetition cycles up to twenty cycles, and microano-structures of Mg/Cu SLCs were examined with stereomicroscope, digital-microscope, scanning electron microscope (SEM), and scanning transmission electron microscope (STEM). It is found that the microano-structures of Mg/Cu SLCs change drastically at early cycles and reach a steady state after around the tenth cycle. The detailed examination of DSC profiles, and SEM and STEM observations of Mg/Cu SLCs suggest that the hydrogen absorption process consists of a fast and a slow reaction which shows a sharp exothermic peak around at 610 K and a broad exothermic peak around at 570 K connected with it in DSC profiles, respectively.