分子状水素の貯蔵媒体としてのグラフェンナノ構造の理論的検討

要約

燃料電池向け水素貯蔵において、米国エネルギー省が定める質量比6.5%・体積密度62 kg/m³の目標は実験・理論の両面で未達であった。本研究では、従来の理論計算における炭素-H₂相互作用ポテンシャルの精度不足と量子効果の不完全な取り扱いが誤った結論を招いていたことを示した。量子効果を自由エネルギーおよび吸着平衡定数に適切に組み込むことで、グラファイト系物理吸着システムが上記目標値に近づき得ることが示された。ナノグラファイト薄板（グラフェン）の構造最適化により実現可能と予測される。

メカニズム

炭素-H₂相互作用ポテンシャルの精度向上と量子効果（自由エネルギー・吸着平衡定数への寄与）の適切な考慮により、グラフェン系物理吸着における水素貯蔵容量が再評価された。