Работы в 2015 г. велись поразработке перспективных сплавов-накопителей водорода для нужд альтернативной водородной энергетики будущего, а именно, экспериментального изучения влияния структурного состояния циркония и его сплавов на процессы сорбции-десорбции ними водорода.
Получены образцы перспективных сплавов циркония в различных структурных состояниях:
стехиометрический ZrV2
эвтектика Zr0,6V0,4
Образцы обоих типов были подвергнуты высокоэнергетическому шаровому помолу для получения ультрадисперсных структурных состояний материала.
С помощью рентгеноструктурного анализа было установлено, что методом высокоэнергетического шарового помола возможно контролируемым образом получать порошки сплавов-накопителей водорода как в нанокристаллическом, так и в квазиаморфномнаноструктурном состояниях.
Методика наводораживания образцов
Исследование водородной емкости сплавов проводилось волюмометрическим методом.
В замкнутом объеме камеры исследуемый образец подвергали контакту с водородом. Затем камера с образцом нагревалась и измерялась зависимость давления P от температуры T для разного количества запущенного в камеру водорода.
Литые образцы наводораживалидо температуры 400...450 °С. Быстрозакаленных образцы наводняли к несколько меньшей температуры в 350 °С во избежание их кристаллизации.
Первый цикл экспериментов, результаты которого иллюстрирует табл. 1, был выполнен для не помеленных образцов и проводился при повышенном давлении до 3.5 атм.
Вторая серия экспериментов (см. Табл. 2) по исследованию помолотых сплавов проводилось на автоматизированной установке по методике. Количество поглощенного водорода определялась двумя методами: по разности давлений в камере до и после насыщения, а также весовым методом. Кроме того, количество сорбированного водорода качественно контролировалась с помощью масс-спектрометра МХ-7203.
(не помолотыми) сплавами Zr–V (давление водовода до 3,5 атм)
| Образец | Tactiv (°С) | A (см3/г [мас. %]) |
Vrech (см3/г [мас. %]) |
T1 (°С) | T2 (°С) |
| Zr0.6V0.4 быстрозакаленный | 190 | 272 [2.42%] | 96,4 [0.858%] | 60–100 | 90–150 |
| ZrV2 быстрозакаленный | 300 | 196 [1.74%] | 96,1 [0.855%] | 190–260 | 200–250 |
| Zr0.6V0.4 литой | 300 | 288 [2.56%] | 149 [1,33%] | 300–350 | 150–200 |
| ZrV2 литой | 350 | 275 [2.45%] | 27 [0.24%] | 250–425 | 300–350 |
Tactiv — температура активации наводораживания сплава;
A — количество поглощенного сплавом водорода;
Vrech — колчество водорода, поглощенного сплавом после регенерации за 2 года, при Т = 350 °С;
T1, T2 — зоны активного поглощения водорода при первом наводораживании и после регенерации.
A — количество поглощенного сплавом водорода;
Vrech — колчество водорода, поглощенного сплавом после регенерации за 2 года, при Т = 350 °С;
T1, T2 — зоны активного поглощения водорода при первом наводораживании и после регенерации.
| Образец | Tactiv (°С) | A (мас. %) | V (мас. %) | Trech (°С) |
Vrech (мас. %) |
| Zr0.6V0.4 быстрозакаленный | 230 | 1,712% | 1,524% | 345 | 0,5265% |
| ZrV2 быстрозакаленный | 260 | 1,527% | 1,143% | 350-400 | 0,459% |
| Zr0.6V0.4 литой | 225 | 2,238% | 1,58% | 320 | 1,137% |
| ZrV2 литой | 240 | 1.946% | 1,12% | 320 | 1,12% |
Tactiv — температура активации сплава (температура поглощения водорода);
a — количество поглощенного сплавом водорода, расчет методом взвешенных масс;
V — приближенная оценка водородного приблизна оцінка водневої ємності по падінню тиску у камері поглинання;
Trech — температура десорбции водорода при регенерации;
Vrech — водорода (мас.%) во втором цикле после регенерации.
a — количество поглощенного сплавом водорода, расчет методом взвешенных масс;
V — приближенная оценка водородного приблизна оцінка водневої ємності по падінню тиску у камері поглинання;
Trech — температура десорбции водорода при регенерации;
Vrech — водорода (мас.%) во втором цикле после регенерации.
Основные выводы
Анализ данных таблиц 1, 2 свидетельствует, что во всех случаях литые сплавы поглощали больше водорода, чем быстрозакаленные.
Повышение давления дает незначительный прирост количества поглощенного водорода.
Для помолотых образцов повторное наводораживание сплавов проходит при тех же температурах, что и первое. В предыдущих работах со сплавами того же типа, которые не проходили через шаровой помол, активация в основном осуществлялась при температурах, превышающих характерный диапазон поглощения водорода исследованными сплавами.
Быстро закаленные молотые образцы имели большую температуру поглощения водорода, чем литые.