СПЛАВЫ - НАКОПИТЕЛИ ВОДОРОДА И ИХ ПРЕДЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПО ОБРАТИМОЙ СОРБЦИИ ВОДОРОДА Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Хранение водорода

СПЛАВЫ — НАКОПИТЕЛИ ВОДОРОДА И ИХ ПРЕДЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПО ОБРАТИМОЙ СОРБЦИИ ВОДОРОДА

Н. М. Власов, А. И. Соловей, И. И. Федик, А. С. Черников

ФГУП «Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение «Луч» ул. Железнодорожная, 24, Подольск, 142100, Россия Факс: (0967) 63-70-97, e-mail: [email protected]

Введение

Интерметаллические соединения, способные обратимо поглощать водород при комнатной температуре и давлениях, близких к атмосферному, рассматриваются как перспективные материалы для использования в качестве аккумуляторов водорода. Для установления общей закономерности процесса «абсорбция-десорбция» водорода в интерметаллических соединениях привлекаются различные модельные представления. Однако любая теоретическая модель имеет ограниченную область применения и не может адекватно описывать наблюдаемые экспериментальные зависимости [1, 2].

В данной работе главное внимание уделено предельным возможностям интерметаллических соединений по обратимому накоплению атомов водорода. Водородная емкость соединений сопоставляется с таковой для гидридов металлов. С привлечением общефизических положений обсуждаются закономерности изменения условий «абсорбция-десорбция» при изменении компонентов соединений. Особое внимание уделено соединениям, в состав которых входят редкоземельные элементы, а также соединениям на основе магния — наиболее приемлемым для практического применения в качестве аккумуляторов водорода.

Результаты и обсуждение

Интерметаллические соединения состоят, как правило, из металлов двух типов: гидридообразующих (Л, Mg, Zr, РЗМ и др.) и катализаторов (№, Сг, Fe, Мп и др.). Допускается частичная замена одних элементов другими в виде легирования. Это приводит к существенному изменению абсорбционной емкости соединений, а также условий гидрирования (температуры и давления), кинетики (скорости взаимодействия с водородом). Взаимодействие металлов в составе соединений всего лишь смягчает условия образования гидридов. Предельные же возможности соединений по обратимому накоплению водорода не должны превышать возможности металлов.

При взаимодействии с водородом кристаллическая структура металла претерпевает существенные изменения, чаще всего происходит переход ОЦК^ГЦК. В интерметаллических соединениях кристаллическая структура практически не меняется и взаимное расположение атомов, как правило, идентично в гидридной фазе и в исходном состоянии. Существенной особенностью интерме-таллидов является наличие различных типов пустот для размещения атомов водорода. Установлено, что расстояния Н - Н в интерметаллических соединениях и бинарных

гидридах, как правило, одинаковы, и, следовательно, они не могут обратимо разместить больше водорода, чем металлы. Для всех металлов и интерметаллидов экспериментально наблюдается примерно одинаковое расстояние между атомами водорода—2Е, именно это расстояние и определяет предельные возможности как металлов, так и интерметаллидов по накоплению атомов водорода.

Редкоземельные элементы в большинстве имеют идентичное электронное строение и незначительно отличаются параметрами кристаллической решетки. Все эти элементы хорошо взаимодействуют с водородом путем образования систем типа КН2, ИН3, где R — редкоземельный элемент. Что касается предельных возможностей интерметаллических соединений на основе редкоземельных элементов по накоплению водорода, то они определяются, в основном, минимальным расстоянием между атомами водорода и, в принципе, не могут превышать водородную емкость бинарных гидридов.

Применение интерметаллических соединений на основе магния для абсорбции водорода обусловлено его малой атомной массой и низкой плотностью, что позволяет получать высокое процентное (по массе) содержание водорода (7,6 % для MgH2). Соединения на основе магния, такие как MgNi2 MgFe2 и др., позволяют накапливать водород до 3 масс. %%. Иногда рассматривают магний в сочетании с редкоземельными элементами, например, LaMg12, La09Ca01Mg12 и др., которые способны накапливать до 6 % мас. водорода при 325 0С и давлении от 5 до 30 атм. Однако во всех этих соединениях предельное накопление водорода не превышает бинарные гидриды. Так, например, при абсорбции водорода системой LaMg12 образуются системы LaH3 и MgH2, то есть протекает реакция гидрогенолиза.

Выводы

Предельные возможности интерметаллических соединений по обратимому накоплению атомов водорода сопоставимы с бинарными гидридами и определяются деформационным взаимодействием атомов водорода. Максимальное обратимое накопление атомов водорода в металлах и интерметаллидных соединениях не превышает двух атомов водорода на один атом металла.

Список литературы

1. Семененко К. Н., Бурнашева В. В., Вербецкий В. Н. Доклады АН СССР, Т. 245 (5), 1404-1408.

2. Семененко К. Н., Яртысь В. А., Бурнашева В. В. Доклады АН СССР, Т. 245 (5), 1127-1130.

ISJAEE Специальный выпуск (2003)