Роботи у 2015 р. велися з розробки перспективних сплавів-накопичувачів водню для потреб альтернативної водневої енергетики майбутнього, а саме, експериментального вивчення впливу структурного стану цирконію та його сплавів на процеси сорбції-десорбції ними водню.
Отримано зразки перспективних сплавів цирконію в різних структурних станах:
стехіометричний ZrV2
евтектика Zr0,6V0,4
Зразки обох типів були піддані високoенергетичному кульовому помолу для отримання ультрадисперсних структурних станів матеріалу.
За допомогою рентгеноструктурного аналізу було встановлено, що методом високoенергетичного кульового помолу можливо контрольовано отримувати порошки сплавів-накопичувачів водню як у нанокристалічному, так і у квазіаморфному наноструктурному станах.
Методика насичення зразків воднем
Дослідження водневої ємності сплавів проводилося волюмометричним методом.
У замкнутому об'ємі камери досліджуваний зразок піддавали контакту з воднем. Потім камера із зразком нагрівалася і вимірювалася залежність тиску P від температури T для різної кількості запущеного в камеру водню.
Литі зразки насичували воднем до температури 400...450 °С. Швидкозагартовані зразки насичували до дещо нижчої температури 350 °С, щоб уникнути їх кристалізації.
Перший цикл експериментів, результати якого ілюструє табл. 1, було виконано для не помелених зразків і проводився при підвищеному тиску до 3.5 атм.
Друга серія експериментів (див. Табл. 2) з дослідження помелених сплавів проводилася на автоматизованій установці за методикою. Кількість поглинутого водню визначалася двома методами: за різницею тисків у камері до і після насичення, а також ваговим методом. Крім того, кількість сорбованого водню якісно контролювалася за допомогою мас-спектрометра МХ-7203.
(не помеленими) сплавами Zr–V (тиск водню до 3,5 атм)
| Зразок | Tactiv (°С) | A (см3/г [мас. %]) |
Vrech (см3/г [мас. %]) |
T1 (°С) | T2 (°С) |
| Zr0.6V0.4 швидкозагартований | 190 | 272 [2.42%] | 96,4 [0.858%] | 60–100 | 90–150 |
| ZrV2 швидкозагартований | 300 | 196 [1.74%] | 96,1 [0.855%] | 190–260 | 200–250 |
| Zr0.6V0.4 литий | 300 | 288 [2.56%] | 149 [1,33%] | 300–350 | 150–200 |
| ZrV2 литий | 350 | 275 [2.45%] | 27 [0.24%] | 250–425 | 300–350 |
Tactiv — температура активації насичення сплаву воднем;
A — кількість поглинутого сплавом водню;
Vrech — кількість водню, поглинутого сплавом після регенерації за 2 роки, при Т = 350 °С;
T1, T2 — зони активного поглинання водню при першому насиченні і після регенерації.
A — кількість поглинутого сплавом водню;
Vrech — кількість водню, поглинутого сплавом після регенерації за 2 роки, при Т = 350 °С;
T1, T2 — зони активного поглинання водню при першому насиченні і після регенерації.
| Зразок | Tactiv (°С) | A (мас. %) | V (мас. %) | Trech (°С) |
Vrech (мас. %) |
| Zr0.6V0.4 швидкозагартований | 230 | 1,712% | 1,524% | 345 | 0,5265% |
| ZrV2 швидкозагартований | 260 | 1,527% | 1,143% | 350-400 | 0,459% |
| Zr0.6V0.4 литий | 225 | 2,238% | 1,58% | 320 | 1,137% |
| ZrV2 литий | 240 | 1.946% | 1,12% | 320 | 1,12% |
Tactiv — температура активації сплаву (температура поглинання водню);
a — кількість поглинутого сплавом водню, розрахунок методом зважених мас;
V — приблизна оцінка водневої ємності за падінням тиску у камері поглинання;
Trech — температура десорбції водню при регенерації;
Vrech — водню (мас.%) у другому циклі після регенерації.
a — кількість поглинутого сплавом водню, розрахунок методом зважених мас;
V — приблизна оцінка водневої ємності за падінням тиску у камері поглинання;
Trech — температура десорбції водню при регенерації;
Vrech — водню (мас.%) у другому циклі після регенерації.
Основні висновки
Аналіз даних таблиць 1, 2 свідчить, що у всіх випадках литі сплави поглинали більше водню, ніж швидкозагартовані.
Підвищення тиску дає незначне зростання кількості поглинутого водню.
Для помелених зразків повторне насичення сплавів проходить при тих же температурах, що й перше. У попередніх роботах зі сплавами того ж типу, які не проходили через кульовий помел, активація в основному здійснювалася при температурах, що перевищують характерний діапазон поглинання водню дослідженими сплавами.
Швидкозагартовані мелені зразки мали вищу температуру поглинання водню, ніж литі.