Статистическая модель накопления водорода твердым телом из газовой фазы

в. г. баранов, б. а. Калин, б. в. продувалов,

а. в. тенишев,

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

СТАТИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НАКОПЛЕНИЯ ВОДОРОДА твердым телом из газовой фазы

На основании исследований кинетики сорбции-десорбции водорода различными интерметаллическими соединениями типа АВ5 установлено, что при гидрировании сплавов LaNi5 и MmNi2,5Co2,5 замена La на Mm и половины атомов Ni на атомы Со увеличивает СН с 1,38 до 1,71 мас.% при температуре 40 °С и повышает РН2 для горизонтального участка зависимости lgРН2 = f(H/M) от 0,56 до 1,7 МПа.

Эффективное аккумулирование водорода из газовой фазы гидридообразующими соединениями, такими, например, как LaNi5, в последние годы усиленно изучается [1-3]. Типичная изотерма поглощения (а) и соответствующая ей фазовая диаграмма (б) схематично показаны на рис.1.

 

Рис. 1. Общее представление изотермы «давление-состав» (a) и соответствующая фазовая диаграмма (б) для типичного гидридообразующего материала

При поглощения водорода при низких концентрациях образуется твердый раствор α. В этой области парциальное давление водорода () явно зависит от количества накопленного водорода. После того, как концентрация водорода достигнет определенного критического значения (xα) происходит фазовый переход и α фаза постепенно трансформируется в b-фазу. Фазовый переход завершается в точке хb и твердый раствор в дальнейшем формируется только на основе b-фазы.

Широко известный класс сплавов, аккумулирующих водород, структуры типа АВ5. В процессе гидрирования атомы водорода будут занимать определенные междоузельные позиции в структуре АВ5. Предполагается, что один атом водорода может занимать одну позицию, а каждая элементарная ячейка может содержать несколько таких позиций. Так как гидрируемый материал может находиться более чем в одном кристаллографическом состоянии, необходимо рассматривать различные элементарные ячейки, каждая из которых будет характеризоваться собственным количеством вакантных позиций. Основываясь на данных допущениях, в работе выведены уравнения для расчета изотермы «давление-состав». Вычисленные и измеренные изотермы сорбции водорода в двух системах типа АВ5 приведены на рис. 2.

 

Рис. 2. Измеренные (точки) и вычисленные (линии) изотермы «давление-состав» сорбции водорода в системах MmNi2,5Co2,5-Н2 (1) LaNi5-Н2 (2) при 40 °С

Как видно из рис. 2, рассчитанные и измеренные изотермы сорбции водорода в двух системах типа АВ5 достаточно хорошо совпадают в пределах экспериментальной ошибки измерения.

Список литературы

1.  Schlapbach L. and Zuttel A. - Nature, 2002, v. 414, p.353.

2.  Higuchi E. et al. - J. Alloys Comp., 2002, v. 335, p.272.

3.  Ledovskish A., Danilov D., Rey W. J. and Notten P. H.L. - Phys. Rew., 2006, B73,
p. ÷.