この記事で分かること

レアアースの代替技術：水素吸蔵合金でのランタン

　2026年上半期（1〜6月）における日本のレアアース（希土類）輸入量は、中国による対日輸出規制導入前（2024年同期）の約2割にまで大きく落ち込んでいることが判明しました。

　EV（電気自動車）の駆動用モーターや半導体製造装置・材料に不可欠なレアアースの調達急減に対し、ベトナムや米国など中国以外からの代替調達や内製化が進んでおらず、サプライチェーンへの強い懸念が広まっています。

　第三国ルートの本格化など調達先の多角化を進めてるとともに、代替技術の実用化が強く望まれています。

　前回はランタンなどのレアアースを使用しないペロブスカイト型酸化物やナノ多孔質酸化物触媒による排ガス除去に関する記事でしたが、今回は水素吸蔵合金でのランタンの役割に関する記事となります。

水素吸蔵合金とは何か

　水素吸蔵合金とは、特定の金属や合金の組み合わせにより、自身の体積の何百倍もの水素を原子の状態で安全かつ効率的に吸収（吸蔵）・放出できる材料のことです。

　高圧ガスボンベや液体水素タンクとは異なり、常温・低圧の温和な条件で水素を金属内部に「スポンジ状」に取り込めるのが最大の特徴です。

主な特徴とメカニズム

• 金属水素化物の形成: 水素が合金の結晶格子の隙間（格子間サイト）に入り込むことで、化学結合の一種である「金属水素化物」を形成します。
• 可逆性: 温度や圧力をわずかに変化させるだけで、水素を自由に吸蔵させたり放出させたりすることができます。
• 安全性: 高圧ガスや液化水素に比べて爆発や漏洩のリスクが低く、安全な水素の貯蔵・輸送手段として優れています。

代表的な種類と具体例

　合金の結晶構造や構成元素によっていくつかのタイプに分類されます。

• AB5型: ランタンニッケル（LaNi5）などが代表例です。常温・低圧で優れた特性を示します。
• AB2型（Laves相系）: チタンやジルコニウム、ニッケル、マンガンなどを組み合わせたもので、より多くの水素を吸蔵できます。
• TiFe系（AFe型）: 比較的安価な鉄やチタンをベースにしており、産業用や大型蓄電に適しています。

主な用途

• ニッケル水素電池（NiMH）: ノートパソコンやハイブリッド車（HV）などの二次電池の負極材として広く実用化されています。
• 水素の貯蔵・輸送タンク: 安全な水素キャリアや移動式水素ステーション向けの貯蔵ユニット。
• 水素の精製・圧縮: 水素吸蔵・放出時の圧力変化を利用した水素ポンプや高純度化装置。

水素吸蔵合金でのランタンの役割は何か

　水素吸蔵合金（代表例であるLaNi5 などのAB5型合金）におけるランタン（La）は、合金の骨格を形成し、優れた水素の吸蔵・放出性能を発揮させるための中心的な役割を担っています。

1. 安定した結晶構造の形成（Aサイトの役割）

• AB5型合金において、ランタンは「Aサイト」を占める希土類元素として働きます。
• ニッケル（Bサイト）と結合することで、CaCu5型と呼ばれる安定した六方晶の結晶構造を形成します。この構造の隙間（格子間サイト）に水素原子がスムーズに出入りできる空間が生まれます。

2. 水素に対する強い化学的親和性

• ランタン自体が水素と結びつきやすい性質（水素化物を形成しやすい性質）を持っているため、合金全体として水素を引き込み、効率よく取り込むための原動力となります。

3. 常温・低圧での可逆的な水素出し入れ

• ランタンとニッケルが絶妙なバランスで合金化されることで、常温かつ低圧（数気圧程度）という温和な環境で、大量の水素を安全かつスピーディに吸蔵・放出できるようになります。この特性が、ニッケル水素電池の負極材や水素貯蔵・輸送技術への応用を支えています。

4. ミッシュメタル（混合希土類）によるコストと性能の最適化

　実際の工業製品では、高純度のランタンだけでなく、セリウムやネオジムなどを混合した「ミッシュメタル（Mm）」という形態でランタンが活用されることが多くあります。これにより、ランタンが持つ優れた水素吸蔵能力を維持しながら、原料コストを大幅に抑える役割も果たしています。

なぜHV車の負極材として使用されるのか

　水素吸蔵合金がハイブリッド車（HV）のニッケル水素電池の負極材として採用されているのは、「頻繁な充放電への圧倒的な耐久性」「優れた安全性」「過酷な環境への適応力」という、車載用として極めて重要な特性を兼ね備えているためです。

　ハイブリッド車では、発進・加速時のモーター駆動や、減速時の回生ブレーキによる電力回収が頻繁に行われます。この過酷な使用環境において、水素吸蔵合金は以下の優れたメリットを発揮します。

1. 優れた耐久性と長寿命（充放電サイクルへの強さ）

• HVは短時間での充電と放電（マイクロサイクル）を何百万回も繰り返します。
• 水素吸蔵合金は、電気化学的に水素を吸蔵・放出する反応を繰り返しても構造が崩れにくく、長期間にわたって性能が劣化しにくいという高い耐久性を持っています。

2. 高い安全性と熱安定性

• 水素が金属の内部に安定して原子状で保持されるため、リチウムイオン電池などで懸念されるような急激な熱暴走や発火のリスクが極めて低いです。
• また、水系の電解液を使用しているため、安全性が高く制御が容易という特徴があります。

3. 過酷な温度環境への適応力

• 冬季の極寒地から夏季の酷暑（車内やエンジンルーム周辺）まで、幅広い温度範囲で安定した出力と充電性能を維持できます。外気温に左右されにくいため、世界中のさまざまな気候の地域で信頼性を発揮します。

4. 急速な充放電（高出力特性）

• 回生ブレーキで発生する大電流を瞬時に受け止め、発進時には大電流を一気に供給する「高出力」の性能に優れており、HVのキビキビとした走りを支えています。

　トヨタの「プリウス」をはじめとする長寿モデルの信頼性を長年支えてきた立役者でもありますが、近年の次世代車向けにはリチウムイオン電池との住み分けやコスト面の比較も進んでいます。