Национальный научный центр
Харьковский физико-технический институт

главная ННЦ ХФТИ | english |
Научно-производственный комплекс
Возобновляемые источники энергии и ресурсосберегающие технологии (НПК ВИЭРТ)

Экспериментальное исследование параметров сорбции-десорбции водорода цирконием и его сплавами в различных наноструктурных состояниях

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.

Таблица 1 –Параметры сорбции и десорбции водовода исходными
(не помолотыми) сплавами Zr–V (давление водовода до 3,5 атм)
Образец Tactiv (°С) A
(см3/г [мас. %])
Vrech
(см3
[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.

Таблица 2 – Параметры наводораживанияобразцов сплавов Zr-V, помолотых в шаровой мельнице в аргоне (30 мин.) и спирте (30 мин.) в различном структурном состоянии и атомном составе (давление водорода до 0.7 атм)
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.

 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.
  2008- © НПК ВИЭРТ
| главная ННЦ ХФТИ | english | карта сайта | контакты |
НПК ВИЭРТ: Украина, 61108,
г.Харьков, ул. Академическая, 1
Тел.: +38 (057) 335-64-47
Design : A.N. Odeychuk      thank to : u · com