Термодесорбционные исследования кинетики разложения гидридов металлов

• Автор: Войт, Алексей Петрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 105 с. : ил.

1. Обзор литературы

Общее представление о гидридах металлов

Практическое применение гидридов металлов

Фазовые переходы при поглощении и выделении водорода металлами

Экспериментальная методика термодесорбционной спектросткопии

Фазовые превращения при разложении гидридов металлов

Методы теоретического описания кинетики разложения гидридов

Выводы

2. Методика экспериментов

Термодесорбционная спектроскопия (ТДС)

Экспериментальная установка в СПбГУ

Экспериментальная установка в ШЕ (Норвегия)
3. Экспериментальные результаты
Гидрид эрбия
Гидрид иттрия
4. Математические модели для описания процесса разложения гидридов
металлов
Общий взгляд
Детальное рассмотрение факторов, учитывавшихся при построении
моделей
Процесс десорбции молекул водорода с поверхности частиц металла
Процессы, происходящие на границе раздела фаз гидрид - раствор
Размеры и форма частиц порошка
Описание моделей
Модель
Модель

5. Результаты математической обработки экспериментальных данных
Обработка экспериментов ЕгН2
ЕгН2, Модель
ЕгН2, Модель
Обработка экспериментов УН2
УН2, Модель
УН2, Модель
6. Анализ результатов
Заключение
Приложения
Приложение 1. Оценка изотермичное образцов
Приложение 2. Обмен водородом поверхности частицы и объёма
Список литературы

Актуальность работы.
Водород является одной из перспективных форм экологически чистых и неисчерпаемых видов топлива. На сегодняшний день существуют разработанные и внедрённые промышленные образцы водородных двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, существуют образцы топливных ячеек, способных окислять водород без прямого сжигания и высоких температур и переводящих энергию окисления напрямую в электрическую. Разработка и изготовление данных источников тепловой и электрической энергии в промышленных объёмах потребует развития и систем хранения и транспортировки водорода.
На данном этапе существует три технологии хранения и транспортировки водорода, могущих в перспективе решить данную проблему. Это использование газообразного водорода в сжатом виде, использование сжиженного водорода и использование аккумуляторов водорода на основе гидридов металлов (ГМ). Каждая из них имеет свои достоинства. Использование ГМ позволяет достигать объёмной плотности хранения водорода, сравнимой с объёмной плотностью водорода в сжиженном состоянии. При этом он может храниться и транспортироваться в таком виде неограниченно долго, в отличие от жидкого состояния. Ещё одним достоинством является существенно более низкое давление хранения по сравнению с хранением в баллонах сверхвысокого давления.
Одним из недостатков хранения водорода в ГМ является низкая скорость поглощения-выделения газа. Улучшение характеристик ГМ в данном направлении является важной технологической задачей. В то же время кинетика выделения водорода из ГМ исследована недостаточно. В большинстве работ описание кинетики сводится к поиску одной-единственной лимитирующей реакции. В то время как выделение водорода из ГМ является сложным

Представление порошка как набора сферических частиц может сильно исказить реальную картину. В то же время это является распространённым подходом в литературе о кинетике формирования и разложения гидридов. При рассмотрении математических задач с подвижной межфазной границей решить такую задачу для частицы произвольной формы на сегодняшний день практически невозможно. В любом случае необходимо вводить некоторые приближения относительно описания формы частиц. Наиболее близкой к исследованному порошку правильной геометрической фигурой является сфера.
Основным достоинством данной модели является отсутствие разделения сложного многостадийного процесса разложения гидрида на единственные лимитирующие стадии.
Процесс выделения водорода из частицы предполагается следующим (Рис. 14).
тицы гидрида. Я - радиус частицы, г - радиус гидридного ядра. Синим показана фаза гидрида с концентрацией водорода Ср ; красным фаза раствора с концентрацией водорода Са.
Первоначально сферическая частица состоит из гидридной фазы и покрыта тонким слоем фазы раствора. По мере роста температуры водород начинает выходить из фазы раствора на поверхность и далее в вакуум. Это приводит к падению концентрации в а-фазе, что в свою очередь приводит к исчезновению межфазового равновесия. Исчезновение межфазового равновесия в свою очередь приводит к переходу водорода из /5-фазы в «-фазу и, еле-