水素エネルギー社会の実現のために不可欠な水素貯蔵材料は、安全に水素を貯蔵し、かつ容易に取り出せることが必要で、材料中の水素の状態を観測し基礎的な理解を深めることが高性能な水素貯蔵材料につながります。中性子の特徴を生かし、水素貯蔵材料への水素の吸蔵・放出メカニズムを解明することをメインテーマとしています。

バナジウムやチタンなどの金属元素は、水素を吸蔵・放出することが可能で、これらの元素を組み合わせたのが、水素貯蔵合金です。吸蔵された水素は、水素貯蔵合金を構成する元素間の隙間（吸蔵サイト）を押し広げながら入り、さらに吸蔵サイトからサイトへと水中の水分子と同程度の拡散定数で動き回っています。水素の吸蔵・放出を繰り返すことで、元素の配置に乱れが生じ、吸蔵・放出特性の低下が生じます。より軽い元素で構成される貯蔵材料では、結晶構造が失われ、アモルファス化することもあります。吸蔵・放出特性との関連性を明らかにするうえで、こうした乱れた構造の特徴を、水素の位置に着目して明らかにすることが不可欠です。

本研究グループでは、通常の結晶構造解析のみならず、ガラスや液体の構造解析手法を取り込み、水素貯蔵材料における吸蔵・放出メカニズムの解明を目指した研究を進めています。

本研究グループでは、物質中の水素の位置を高精度に観測するため、高強度中性子全散乱装置（NOVA）を開発及び建設しました。NOVAは、結晶材料のみならず、アモルファス相や液相における原子配列を観測可能な性能を有し、水素吸蔵・放出過程に生じる様々な構造変化を観測可能です。水素原子の位置を観測するためのデバイスや解析手法についても検討・開発を進めています。