Сплави-акумулятори водню: експериментальні дослідження :: НВК ВДЕРТ

Сплави-акумулятори водню: експериментальні дослідження Рисунок 1 – Схема установки для дослідження процесів взаємодії водню з різними матеріалами.Рисунок 2 – Температурні криві виділення водню з навідрожених сплавів Zr-V у швидкозагартованому стані

Основні результати проведених досліджень наведені нижче.

У Таблиці 1 наведено максимальні кількості водню, десорбованого при температурах до 900°С за результатами мас-спектрометричних досліджень.

Серед проблем, успішне вирішення яких дозволить впровадити водневу енергетику, ключовою є проблема ефективного та недорогого зберігання водню. Однією з перспективних технологій накопичення і зберігання водню є металогідридна технологія, що полягає у накопиченні водню в сплавах-накопичувачах з подальшим виділенням його при нагріванні сплаву.

Одним із видів сплавів, перспективних для використання як накопичувачів водню, є сплави типу Zr-V, головним чином сполуки ZrV₂. Гідриди цих сплавів застосовуються як джерела чистого й активного водню в різних плазмових процесах. Як правило, при цьому використовується сполука ZrV₂, отримана методом дугового плавлення і така, що має досить крупнозернисту структуру.

Метою проведених експериментальних досліджень було вивчення впливу структури та складу на властивості сплавів типу Zr-V як поглиначів водню. Ця робота виконується у співпраці з ІФТТМТ

Для дослідження було обрано чотири склади: стехіометричний сплав ZrV₂, сплави, які знаходяться ліворуч і праворуч (Zr_0.29V_0.71 і Zr_0.38V_0.62) від стехіометрії, а також евтектичний сплав Zr_0.6V_0.4. Кожен із складів досліджувався як у швидкозагартованому, так і в литому вигляді.

Дослідження водневої ємності сплавів при тиску до 3,5 атм проводилося волюмометричним методом: у закритому об'ємі зразок сплаву піддавали контакту з воднем.

Установка (див. Рисунок 1) складалася з робочої камери з досліджуваним зразком, системи напуску, системи вимірювання тиску, системи створення вакууму та регенерації зразка. Робоча камера являє собою виготовлений із нержавіючої сталі циліндричний контейнер із зразком діаметром 10 мм і довжиною 140 мм, який приєднується до інших систем установки за допомогою штуцерного з'єднання. При заміні досліджуваного зразка нижня частина циліндричного контейнера зрізається, зразок замінюється і контейнер зварюється за допомогою аргонно-дугового зварювання.

Рисунок 1 – Схема установки для дослідження процесів взаємодії водню з різними матеріалами.

На рисунку 2 наведено характерні результати мас-спектрометричних досліджень процесів виділення водню з навідрожених сплавів при нагріванні у вакуумі.

Рисунок 2 – Температурні криві виділення водню з навідрожених сплавів Zr-V у швидкозагартованому стані

Основные результаты проведенных исследований представлены ниже.

Таблиця 1 - Максимальна кількість водню, десорбованого при температурах до 900°С за даними мас-спектрометричного аналізу.

Склад	Масові % H
Zr_0,6V_0,4 евт + H₂	2,38
ZrV₂ + H₂	2,308
Zr_0,37V_0,62 + H₂	2,86
Zr_0,28V_0,71 + H₂	2,97
Zr_0,6V_0,4 евт FQ + H₂	1,758
Zr – V₂ FQ + H₂	1,16
Zr_0,37V_0,62 FQ + H₂	2,4
Zr_0,28V_0,71 FQ + H₂	2,776

FQ - швидкозагартований (Fast Quenched)

Температура активації поглинання водню суттєво залежить від складу і структурного стану сплавів. Мінімальну температуру активації (100°С) має сплав складу Zr_0.29V_0.71 FQ, який знаходиться у швидкозагартованому стані;

При насиченні сплавів Zr-V в області температур до 400°С незалежно від складу і стану основна частина водню поглинається до тиску 0,05 МПа;

Структурний стан суттєво впливає на взаємодію сплавів з воднем. Аналіз кількості сорбованого сплавами водню показує, що в усіх випадках більше водню (до 2,7 мас.%) поглинають литі сплави;

Процеси виділення водню також залежать від складу і стану сплавів. Складний характер цих процесів відображає багатофазний характер досліджених сплавів.