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水素貯蔵材料の開発と応用

  • Development of Hydrogen Storage Materials and its Applications
★クリーンな二次エネルギー「水素」の有効的な活用方法!
★水素を軽量かつコンパクトに貯蔵する水素貯蔵材料の開発技術をわかりやすく用途別に紹介!
★水素エネルギー利用が活発化するなかで重要性・必要性が増す水素貯蔵材料!
水素貯蔵材料の開発と応用

商品コード: T0998

  • 監修: 小島由継
  • 発行日: 2016年4月8日
  • 価格(税込): 73,440 円
  • 体裁: B5判 275ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-1150-0 

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  • 水素吸蔵合金 / アンモニア/メチルシクロヘキサン / ギ酸 / 水素化カルシウム / 水素化マグネシウム / アンモニアボラン / ヒドラジン / セラミックス / 超積層体 / 錯体水素化物 / 水素精製 / 常温水素発生 / 熱利用 / 定置用水素貯蔵 / 電気エネルギー / 昇圧 / 水素除去 / 大量水素貯蔵・輸送 / 海外動向

刊行にあたって

 世界人口の増加や科学技術の進歩に伴う化石燃料の枯渇リスク、地球温暖化に対する懸念などの問題を解決するために、CO2を発生しない再生可能エネルギーを高効率的に利用する社会への移行が期待されている。再生可能エネルギーを貯蔵し輸送するためにはエネルギー密度が高く、かつCO2を発生しない地球環境にやさしい二次エネルギーが必要であり、水素はクリーンな二次エネルギーとして考えられてきた。
東日本大震災を契機としてエネルギー戦略に見直しが生じ水素エネルギーの役割は大きくなっている。我が国は「エネルギー基本計画(平成26年4月)」において明確に水素利用の導入拡大を宣言し、技術的にも世界トップクラスにある。家庭用燃料電池は日本が世界に先駆けて実用化した製品であり、2009年に発売されて以来、2015年9月には全国の累計で約14万台以上が普及している。さらに、2014年末には燃料電池自動車が発売され、水素ステーションの建設が100カ所(2015年)~1000カ所(2025年)を目指し進んでいる。
しかしながら 水素は、常温・常圧では気体であり、高密度化するためには極低温、あるいは数10MPa以上の高圧を要す。水素を軽量でコンパクトに貯蔵するための「水素貯蔵材料の開発」は重要な課題である。水素貯蔵材料は、軽元素系/ナノ複合系/炭素系/液体水素化物/水素吸蔵合金など、各材料の特性を活かした技術開発および応用研究が行われてきた。そこで本書では、各水素貯蔵材料を用途別(水素精製、室温水素発生技術、熱利用技術、定置用水素貯蔵技術、電気エネルギー貯蔵への応用、昇圧技術、水素除去技術、次世代水素貯蔵材料・処理技術、大量水素貯蔵・輸送技術、その他)に分類し、水素貯蔵材料の活用方法を網羅する。水素貯蔵・輸送における水素貯蔵材料の位置づけを示し、水素社会へ貢献する一冊を目指す。
最後に、ご多忙の中をご執筆いただいた皆様方および本書刊行のためにご尽力いただいたシーエムシー出版の池田朋美氏に感謝申しあげます。

2016年4月
広島大学 先進機能物質研究センター長
小島由継

著者一覧

小島由継 広島大学
秋葉悦男 九州大学
石田政義 筑波大学
永嶋浩二 京都大学
平尾一之 京都大学
石坂整  アクアフェアリー(株)
相澤幹雄 アクアフェアリー(株)
上杉浩之 バイオコーク技研(株)
徐強 (国研)産業技術総合研究所;神戸大学
土屋文 名城大学
加藤敦史 高砂熱学工業(株)
市川貴之 広島大学
竹下博之 関西大学
松尾元彰 東北大学
折茂慎一 東北大学
栗山信宏 (国研)産業技術総合研究所
宮岡裕樹 広島大学
鶴井宣仁 (株)神戸工業試験場
橋本直幸 北海道大学
礒部繁人 北海道大学
大貫惣明 北海道大学
中川鉄水 琉球大学
亀川厚則 室蘭工業大学;(国研)科学技術振興機構
中東潤 福山大学
岡田佳巳 千代田化工建設(株)
井口昌幸 (国研)産業技術総合研究所
川波肇 (国研)産業技術総合研究所
姫田雄一郎 (国研)産業技術総合研究所
XingguoLi PekingUniversity
SanjayKumar HiroshimaUniversity;BARC, Mumbai, India
AnkurJain HiroshimaUniversity

目次

〔第1編 総論〕

第1章 水素貯蔵材料の歴史  
1 はじめに
2 金属および金属間化合物による水素貯蔵
3 固溶体合金における水素吸蔵
4 無機系水素貯蔵材料
5 金属水素化物および固体の有機物による水素貯蔵
6 吸着系水素貯蔵材料
7 液体系水素貯蔵材料
8 水素貯蔵材料研究開発の流れ

第2章 水素貯蔵材料の特性  
1 はじめに
2 水素貯蔵材料の基礎
3 水素貯蔵材料の特性
3.1 水素吸蔵合金
3.2 無機系材料
3.2.1 ケミカルハイドライドの加水分解
3.2.2 ケミカルハイドライドの熱分解
3.2.3 ナノ複合水素貯蔵材料
3.3 アルカリ金属シリコン合金
3.4 炭素系材料
3.5 液体水素化物
4 水素貯蔵材料の用途
5 おわりに


〔第2編 水素精製〕

第1章 合金  
1 水素吸蔵合金を用いた水素精製
1.1 水素吸蔵合金利用水素精製の意義
1.2 水素吸蔵合金の精製機能
2 COA-MIB装置の開発
2.1 CO吸着剤の適用
2.2 プロセス試作と性能検証
2.3 高性能化へ向けてのMH容器改良
2.4 COA-MIB法の応用展開
3 精製用不純物耐性合金の高性能化
3.1 AB5型水素吸蔵合金のCO2耐性要因解明および高性能化
3.2 AB2型水素吸蔵合金の組成設計による高性能化


〔第3編 常温水素発生技術〕

第1章 水素化カルシウム及び金属アルミニウムを用いた水素発生システム  
1 はじめに
2 水素発生材料
2.1 水素化カルシウム
2.2 水酸化カルシウム-アルミニウム箔
3 おわりに

第2章 水素化マグネシウムを用いたマグ水素発電機の開発と今後の進め方  
1 はじめに
2 安全に水素を輸送・貯蔵・生成・再生可能な金属水素化物の開発
2.1 水素化マグネシウムの製造
2.2 水素化マグネシウムの加水分解技術の開発
2.3 マグ水素発電機(マグポポ―33)の開発
2.4 マグポポ330~1MW発電機の開発
2.5 使用後のMg(OH)2,MgOのリサイクル技術について
2.5.1 Mg(OH)2のカスケード利用
2.5.2 直流水素プラズマ炉によるMgO→Mg→MgH2,還元技術の開発
3 MgH2を活用したCSR(Clean, Silent, Recycle)社会の構築
4 MgH2を活用した民生用製品の開発
5 まとめ

第3章 アンモニアボランとヒドラジンを用いた水素発生システム  
1 はじめに
2 アンモニアボランの加水分解による水素発生
3 水和ヒドラジンの選択的完全分解による水素発生
4 おわりに

第4章 セラミックスを用いた水素発生システム  
1 はじめに
2 水(水素)吸収特性
2.1 重量増加
2.2 水素濃度分析
3 水素貯蔵特性
3.1 水素のトラップサイト占有位置の決定
4 水素放出特性
4.1 熱放出ガス分析
5 水分解および水素の吸収・貯蔵・放出過程
6 まとめ


〔第4編 熱利用技術〕

第1章 業務用建物での水素エネルギー利用  
1 はじめに
2 業務用建物でのエネルギー利用
2.1 業務用建物の消費エネルギー
2.2 コージェネレーションシステムの活用
2.3 業務用建物における水素エネルギー利用の現状
3 当社水素エネルギー利用システムについて
3.1 当社水素エネルギー利用システムの概要
3.2 本システムの構成と特徴
3.2.1 水素吸蔵合金タンク
3.2.2 固体高分子形水電解・燃料電池一体型セル
3.3 本システムのエネルギー利用効率
4 再エネ発電と連携した本システムの将来像
4.1 再エネ発電の余剰電力対策
4.2 本システムによる余剰電力の活用方法
5 まとめ


〔第5編 定置用水素貯蔵技術〕

第1章 マグネシウムを用いたコンパクト水素輸送  
1 はじめに
2 高活性マグネシウム
3 触媒の化学状態
4 速度論的解析
5 水素貯蔵タンクとしての可能性
6 おわりに

第2章 Mg/Cu超積層体  


〔第6編 電気エネルギー貯蔵への応用〕

第1章 水素貯蔵材料を起点とした多様なエネルギー研究への展開―錯体水素化物を例として  
1 はじめに
2 マイクロ波吸収機能
3 マイクロ波吸収機構の解明とリチウム超イオン伝導機能の発見
4 固体電解質としての実装
5 錯イオン置換によるリチウムイオン伝導度の向上
6 ナトリウムイオン伝導
6.1 NaBH4–NaNH2–NaI擬三元系での探索
6.2 クロソボラン系Na2BnHnでの高速イオン伝導
7 おわりに

第2章 水素化物を用いた負極材料  
1 はじめに
2 マグネシウムと水素化ホウ素リチウム
3 水素化マグネシウムの負極特性
4 おわりに

第3章 ニッケル水素電池  
1 ニッケル水素電池の市場展開
2 ニッケル水素電池の仕組み
3 ニッケル水素電池用水素吸蔵合金
3.1 CaCu5構造希土類系水素吸蔵合金
3.2 希土類系超格子構造水素吸蔵合金
3.3 その他のニッケル水素電池用水素吸蔵合金
4 おわりに


〔第7編 昇圧技術〕

第1章 ケミカルコンプレッサー  
1 はじめに
2 高圧水素生成技術
3 アンモニア-アルカリ金属水素化物(NH3-MH)系
3.1 水素キャリアとしての位置づけ
3.2 水素吸蔵/放出特性
3.3 高圧水素生成
4 おわりに

第2章 水素吸蔵合金を用いた水素昇圧システム  
1 はじめに
2 水素吸蔵合金の水素吸蔵特性
2.1 水素吸蔵合金のPCT特性
2.2 水素吸蔵合金の熱力学特性
3 開発の歴史
4 水素の昇圧に用いられる水素吸蔵合金
4.1 水素吸蔵合金の分類
4.2 AB5型合金
4.3 AB2型合金
4.4 AB型合金
4.5 V-based BCC 固溶体型合金
5 おわりに


〔第8編 水素除去技術〕

第1章 マグネシウムを用いた水素除去システム  
1 はじめに
2 マグネシウム材料の製造
2.1 ミリング工程
2.2 加熱真空脱気工程
2.3 マグネシウム材料の安全性
2.3.1 マグネシウムの大気中及び水との反応性
2.3.2 高機能マグネシウムの酸化性
3 水素捕集装置の設計及び試作
4 水素選択透過性隔膜の製作
5 高安全性水素吸蔵材料の試作・製造
6 模擬空間における水素捕集シミュレーション
7 実用システムの提案
8 今後の展望及び提言

第2章 過酸化物を用いた水素除去法  
1 はじめに
2 過酸化物および酸化物の水素雰囲気での熱的挙動
3 Ag2O,Ag2O2,およびNiO2の水素除去特性
4 おわりに


〔第9編 次世代水素貯蔵材料・処理技術〕

第1章 アンモニアボラン系水素貯蔵材  
1 はじめに
2 アンモニアボランの基礎物性
3 実用化目標とアンモニアボランの課題
4 課題解決への取り組み
4.1 触媒・添加物・多孔体
4.2 イオン液体
4.3 金属アミドボラン
4.4 再生反応
5 まとめ

第2章 高圧合成法による新規水素貯蔵材料の探索  
1 高圧合成法
2 オートクレーブを用いた水素化物の合成
3 アンビル式高圧合成法による水素貯蔵材料の探索
4 水素貯蔵材料探索において高圧合成された新規化合物
4.1 高圧合成された新規マグネシウム系合金
4.2 高圧水素合成された新規マグネシウム系水素化物
4.3 高圧水素合成された新規リチウム系水素化物

第3章 水素中時効熱処理による合金の高機能化  
1 HDDR法
2 水素中時効熱処理によるチタン銅合金の強度と電気伝導率の同時向上

第4章 水素処理によるチタン合金の結晶粒微細化と常温及び超塑性引張特性  
1 水素処理とは
2 水素処理工程
3 水素処理による微細組織とその特徴
4 水素処理後のチタン合金の常温及び超塑性引張特性
4.1 常温引張特性
4.2 超塑性
5 水素処理チタン合金の応用例


〔第10編 大量水素貯蔵・輸送技術〕

第1章 アンモニア  
1 はじめに
2 アンモニアの特性
3 アンモニアの価格と安全性
4 アンモニアを用いた水素のサプライチェーン
4.1 アンモニア製造
4.2 アンモニア貯蔵・輸送
4.3 アンモニア利用
4.3.1 水素キャリア
4.3.2 エネルギーキャリア
5 おわりに

第2章 有機ケミカルハイドライド法を利用した水素の大規模貯蔵輸送技術―SPERA水素Ⓡシステムと今後の展望―  
1 緒言
2 有機ケミカルハイドライド法
3 水素サプライチェーン構想
4 “SPERA水素”システムの開発
4.1 過去の開発経緯
4.2 脱水素触媒の開発
4.3 “SPERA水素”システムの開発
5 今後の展望
5.1 電力分野
5.2 都市ガス分野
5.3 工業分野
5.4 交通分野
5.5 家庭分野
6 おわりに

第3章 ギ酸  
1 緒言
2 ギ酸の脱水素化反応による水素発生
3 ギ酸からの高圧水素の供給
4 二酸化炭素の水素化反応による水素貯蔵
5 結言


〔第11編 その他(海外研究開発技術)〕

第1章 Research on hydrogen storage materials in China 
1 Introduction
2 Conferencs of domestic and international hydrogen storage materials in China
3 SCI paper publication and research fields on hydrogen storage materials
4 Patents on hydrogen storage materials in China
5 Some groups carrying out basic study on hydrogen storage materials in China
5.1 Hydrogen Storage Research in Dalian Institute of Chemical Physics
5.2 Hydrogen storage material research in South China University of Technology
5.3 Hydrogen Storage Research in Fudan University
5.3.1 Space–confinement for the improvement of alanates materials
5.3.2 Development of ammine metal borohydrides for hydrogen storage
5.4 Hydrogen Storage Research in Nanjing Tech University
5.4.1 Gaseous hydrogen storage of Mg–based hydride prepared by HCS+MM
5.4.2 Electrochemical hydrogen storage and hydrogen production of Mg–based hydride prepared by HCS+MM
5.5 Hydrogen storage materials research in Zhejiang University
5.6 Hydrogn storage research in Peking University
5.6.1 Scaled–up synthesis of nanostructured Mg–based compounds
5.6.2 Switchable mirror of Mg thin film
5.6.3 Hydrolysis of MgH2 nanoparticles for highly efficient H2 generation
6 Some groups or companies carrying out production and application of hydrogen storage materials
6.1 Production of hydrogen storage alloys in Inner Mongolia Rare Earth Ovonic Metal Hydride Co., Ltd
6.2 Hydrogen Storage Material Research in Advanced Technology & Materials Co., Ltd (AT&M)
6.3 The research team of hydrogen storagematerials and technology in GRINM
6.4 The research team of hydrogen storage alloys in Shanghai institute of microsystem and information technology (SIMIT)
6.5 Hydrogen Storage Material Research in State Grid Smart Grid Institute

第2章 Towards the realization of hydrogen infrastructure in India:Development of hydrogen storage material and their applications  
1 Introduction
2 National Hydrogen Energy Road Map
3 Need of Solid state Hydrogen Storage material and current status in Indian Context
4 Development of hydrogen storage material for transportation application
5 Development of hydrogen storage material for several niche application
6 Development of Complex hydrides with high hydrogen content
7 Development of hydrides for fusion reactor applications.
7.1 Uranium based alloys
7.2 iV-Ti-Cr alloys
7.3 Zr-Co-Ni ternary alloys
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