Перенапряжение выделения водорода на сплавах РЗЭ-титан, литий-РЗЭ-титан

• Автор: Бруштунова, Ирина Петровна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 187 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Литературный обзор.

1.1. Водородная энергетика настоящее и будущее.

1.2. Проблема хранения водорода

1.3. Топливные элементы на основе протонопроводящих мембран.

1.4. Взаимодействие водорода с металлами при электрохимических процессах в растворах электролитов.

1.4.1. Гидридообразующие металлы и сплавы как акцепторы водорода

1.4.2. Взаимодействие водорода с вакансионными дефектами в

металлах

1.4.3. Координация водорода в металлах и интерметалл идах.

1.4.4. Проникновение электролитического водорода через металлические мембраны.

1.4.5. Синергизм в эффектах обратного механического последействия при новодороживании металлов.
1.5. Электрохимия титана и его сплавов
1.6. Постановка цели и задачи исследования
ГЛАВА 2. Методика эксперимента
2.1. Данные об объектах исследования
2.2. Очистка и приготовление растворов
2.3. Подготовка электролитической ячейки
2.4. Методика приготовления электрода сравнения.
2.5. Подготовка поверхности титанового электрода
2.6. Методика анодного оксидирования титанового электрода.
2.7. Методика получения Га Т, Г Ьа Т, Га Т0Кс Г Га Т электродов на основе титановой матрицы.
2.7.1. Изготовление ГаТ, 1л Га Т электродов
2.7.2. Изготовление Га Токс, Г Га Т0СС электродов.
з
2.8. Методика электрохимических измерений.
2.8.1. Потенциостатический метод
2.8.2. Метод гальваностатического включения.
2.8.3. Метод анодной хронопотенциометрии
2.8.4. Методика исследований в потенциодинамичсском режиме
2.8.5. Методика измерений рН8 приэлектродного слоя
2.8.6. Методика измерения краевого угла смачивания
2.9. Физикохимические методы исследования
2.9.1. Массспектрометрия вторичных ионов ВИМС
2.9.2. Методика микроструктурных исследований.
2.9.3. Рентгенофазовый анализ
2 Определение погрешности измерений
ГЛАВА 3. Результаты эксперимента.
3.1. Кинетические закономерности формирования электродной матрицы на основе оксидированною титана, модифицированного лантаном и литием
3.1.1. Поляризационные эффекты на Тзлектроде при работе в гальваностатическом режиме
3.1.2. Влияние диффузии в твердой фазе на кинетические характеристики электрохимического акта внедрения на ЬаТзлектроде.
3.1.3. Влияние модифицирования ЬаТэлектрода литием на поляризационные характеристики лЬаТ в апротонных органических
растворах
3.1.4. Влияние предварительной обработки поверхности титанового электрода, модифицированного лантаном и литием, на характеристики сорбции водорода
3.2. Кинетические закономерности катодного внедрения лантана в Т
электрод из водноорганических растворов.
3.3. Сольватационные эффекты на Тьэлектроде при катодном внедрении лантана из водноорганических растворов
3.4. Кинетика разряда ионов водорода на оксидированном титановом электроде, модифицированном лантаном и литием в водноорганических растворах
3.4.1. Влияние длительности анодного оксидирования
3.4.2. Закономерности электровыделения водорода на П в водных растворах
Выводы
Список литературы


Компримирование водорода требует довольно высоких энергозатрат теплотворной способности водорода, но при росте давления энергопотребление растет незначительно, пропорционально логарифму степени сжатия. Низкая объемная плотность и проблемы безопасности при использования взрывоопасного газа под высоким давлением являются существенными недостатками хранения газообразного водорода. Кроме этого, компримирование водорода до высоких давлений само по себе является довольно сложной инженерной проблемой в связи с возможными утечками газа через подвижные уплотнения и водородной коррозией конструкционных материалов. Молекулы водорода неполярны, и достаточно слабо взаимодействуют между собой. Вследствие этого, конденсация газообразного водорода требует глубокого охлаждения. Несмотря на низкие температуры систем хранения жидкого водорода, давление в них может быть лишь незначительно выше атмосферного критическое давление 1,3 МПа. Вследствие этого, требования к прочности и материалоемкость стенок криогенных контейнеров для хранения жидкого водорода не будут такими высокими, как для сосудов высокого давления. Одна из проблем длительного хранения жидкого водорода необходимость проведения его ортопараконверсии, поскольку спонтанное превращение ортомодификации, доля которой в равновесном газообразном водороде при комнатной температуре составляет , в параводород, стабильный при криогенных температурах К, сопровождается тепловыделением Джмоль, превышающем теплоту испарения жидкого водорода1 Джмоль. Помимо описанных промышленных методов, существует ряд физических методов хранения водорода, реализованных на уровне технологических разработок. Один из таких методов хранение водорода в микрокапсулированном виде. Физические методы хранения водорода в виде криогенной жидкости или сжатого газа в большинстве случаев недостаточно экономически эффективны, удобны и безопасны. Особая проблема эффект водородного охрупчивания металлических частей систем хранения водорода, что требует применения дорогих высоколегированных материалов, правильной сварки, защиты от электрохимической коррозии, применения ингибиторов и покрытий и пр. Достаточно условно все материалы, способные аккумулировать водород, можно разделить по энергии связи 4,7,8. Наименьшая прочность связи характерна для физической адсорбции водорода. Газообразный водород взаимодействует с поверхностью адсорбента посредством дисперсионных вандерваальсовых сил. Это взаимодействие относится к слабым 1 кДжмоль и выше критической температуры распространяется на глубину не более одного монослоя. Исходя из этого очевидно, что материалы для хранения адсорбированного водорода должны обладать высокой удельной поверхностью рассчитанное отношение массовой плотности водорода масс. Известными материаламиадсорбентами водорода являются цеолиты. Для них характерны низкие значения водородоемкости до 0,3 масс. МПа, что ставит под сомнение конкурентоспособность цеолитов в системах хранения водорода, Несколько лучшими показателями обладают широко исследуемые в последнее время высокопористыс металлоорганические каркасы, например з с высокой удельной поверхностью до м г. При давлении водорода 2 МПа они адсорбируют до 1 масс. К 2,4,9. Среди адсорбентов водорода особое внимание исследователей привлекают углеродные материалы. Еще в ранних работах сообщалось, что активированный уголь низкой плотности способен поглощать до 7 8 масс. МПа и температуре К обратимая водородосмкость в интервале давлений 0,2 4 МПа и при тех же температурах составляет . Однако эти исследования оказались недостаточно достоверными и не вышли за рамки экспериментальных результатов и предположений, основанных на общих соображениях о структуре углеродных сорбентов. Данные о водородсорбцнонной емкости хорошо аттестованных углеродных наноматериалов, полученные в последнее время, свидетельствуют о том, что первоначальный оптимизм в отношении их использования дня хранения водорода недостаточно обоснован. Все материалы для хранения химически связанного водорода можно разделить на две группы 4,7,8. К первой относятся вещества, содержащие в своем составе водород и способные в определенных условиях повышенная температура и действие катализатора выделять его.