Выявление закономерностей аккумулирования водорода сплавами магния

• Автор: Бурлакова, Марина Александровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МАГНИЯ И ЕГО ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ С ВОДОРОДОМ

1.1. Построение Р-С-Т диаграмм, термодинамические свойства и требования, предъявляемые к сплавам-аккумуляторам водорода
1.2. Взаимодействие с водородом металлического магния, его сплавов и интерметаллических соединений

1.2.1. Взаимодействие металлического магния с водородом

1.2.2. Взаимодействие водорода с двухкомпонентными сплавами магния

1.2.3. Взаимодействие водорода с многокомпонентными сплавами на основе магния

1.3. Влияние механического помола на водородсорбционные свойства магния и материалов на его основе

1.3.1. Общие представления о механохимии

1.3.2. Механический помол сплавов на основе магния

1.3.3. Реактивный помол сплавов на основе магния
Выводы по разделу
2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МАГНИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ
2.1. Методика эксперимента
2.1.1. Исходные материалы
2.1.2. Получение сплавов на основе магния методом быстрого затвердевания
2.1.3. Механический помол сплавов
2.1.4. Исследование водородсорбционных характеристик сплавов на основе магния
2.1.5. Методика исследования взаимодействия в системе «сплав магния -- водород»
2.2. Методы анализа
2.2.1. Рентгенографический анализ
2.2.2. Электронно-микроскопическое исследование
2.2.3. Лазерная дифракция
2.2.4. Термогравиметрия и масс-спектрометрия
Выводы по разделу
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОДОРОДА СО СПЛАВАМИ НА ОСНОВЕ МАГНИЯ
3.1. Взаимодействие с водородом системы Mg-Ni
3.2. Взаимодействие с водородом системы Mg-Ni-Мт
3.3. Взаимодействие с водородом системы М§-№-Се
Выводы по разделу
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Одним из перспективных направлений развития мировой экономики является водородная энергетика, интенсивное развитие которой невозможно без создания эффективных способов накопления, транспортировки и хранения водорода. Проблема особенно актуальна для транспортных систем в связи с исчерпанием запасов органического топлива к концу настоящего века. Из всех способов запаса водорода на борту автомобиля (выработка на ходу, сжатие газообразного водорода, сжижение водорода) хранение водорода в твердофазном связанном состоянии в гидридах металлов и интерметаллических соединениях (ИМС) является наиболее безопасным и на сегодняшний день технически реализуемым направлением. Такой способ хранения водорода может служить основой для разработки экономичных и безопасных систем разделения и очистки водородсодержащих газовых смесей, получения водорода высокой чистоты, аккумулирования и регенерации энергии (например, в транспортных средствах).
Вместе с тем, в настоящий момент не представляется возможным создание универсальной металлогидридной системы, отвечающей различным технико-эксплуатационным условиям. Интерметаллические соединения, такие как 1Т№5, КСо5, ПБе и др., (где К - редкоземельные элементы) получили большое распространение из-за их возможности сорбировать и десорбировать до 1-2 мае. % водорода при невысоком давлении уже при комнатной температуре, однако их использование экономически не целесообразно из-за малой водоро-доемкости и высокой стоимости материалов. Помимо интерметаллических соединений существуют комплексные гидриды: алюмогидриды лития и натрия, аланат лития и калия, амид лития, аминоборан, боргидрид магния, боргидрид кальция, литиевые боргидриды и бериллийгидриды и т.д. В основном все перечисленные системы обладают высокой водородоемкостью (3-13 мас.% Н2) и низкими температурами сорбции-десорбции. К недостаткам можно отнести высокую стоимость исходных компонентов, токсичность, горючесть, также

Предполагается, что в механических сплавах на основе магния и никеля происходит разупорядочение поверхностного слоя, разрыв оксидной пленки, диспергирование катализатора. Разупорядочение поверхностного слоя делает катализатор доступным для водорода, что является основной причиной быстрой сорбции водорода механическими смесями по сравнению со сплавами и смесями того же состава [106—109].
Высокую реакционную способность механических сплавов магния с оксидами переходных металлов также объясняют присутствием на поверхности металлических частиц (полученных механосинтезом) и частично восстановленных оксидов металлов, которые образуются в процессе механической обработки.
1.3.3. Реактивный помол сплавов на основе магния
Помол сплавов на основе магния в атмосфере водорода называется реактивным помолом и обеспечивает целый ряд дополнительных преимуществ. Во-первых, тепловой эффект от удара шаров вызывает, как предполагают авторы в своих работах [108, 113], значительный локальный разогрев материала и позволяет проводить сорбцию без дополнительного нагрева. Во-вторых, формирование новых центров зародышеобразования происходит непосредственно в процессе сорбции водорода. В-третьих, гидридная фаза в условиях постоянного механического воздействия не образует сплошного слоя на поверхности частиц и тем самым устраняются диффузионные ограничения. Было показано, что шаровой помол в атмосфере водорода - удобный метод для формирования металлических гидридов, который повышает одновременно водородную емкость и механическую деформацию, следующую после шарового помола. Этот метод также улучшает кинетику формирования гидрида для некоторых сплавов на основе магния. Исследования показали, что процессы измельчения и деформации, происходящие во время высокоэнергетического шарового помола, играют главную роль в реакции сорбции. Авторы пришли к заключению, что шаровой