Гидрирование интерметаллического соединения TiFe в присутствии твердого раствора водорода TiFeH ~0.1

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Исследовано гидрирование сплава TiFe, приготовленного в условиях, близких к условиям крупномасштабного производства. Показано, что данный сплав в условиях эксперимента (дегазация при комнатной температуре, выдержка в водороде под давлением до 3.5 МПа и температуре до 350°C в течение 14 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры под давлением водорода) водород не поглощает. В то же время смесь исходного сплава с добавкой предварительно синтезированного твердого раствора водорода в интерметаллиде TiFe (TiFeH~0.1), взятой в количестве от 20 до 30 мас%, эффективно гидрируется в близких условиях — количество водорода в продукте гидрирования смеси приближается к 95% от содержания водорода в дигидриде TiFeH2. Установлены оптимальные условия гидрирования сплава: температуры дегазации и гидрирования 20 и 280°C соответственно, давление водорода 3.0 МПа при общей продолжительности процесса 6 ч в присутствии 20 мас% TiFeH~0.1. Разработанную методику можно использовать для гидрирования водород-аккумулирующих сплавов на основе TiFe, производимых в крупных масштабах.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Валентин Назарович Фокин

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Author for correspondence.
Email: fvn@icp.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-4364-598X

к.х.н.

Russian Federation, 142432, г. Черноголовка, Московская обл., пр. Академика Н. Н. Семенова, д. 1

Павел Владимирович Фурсиков

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: fvn@icp.ac.ru
ORCID iD: 0000-0001-5602-2258

к.х.н.

Russian Federation, 142432, г. Черноголовка, Московская обл., пр. Академика Н. Н. Семенова, д. 1

Эвелина Эрнестовна Фокина

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: fvn@icp.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-1360-6621
Russian Federation, 142432, г. Черноголовка, Московская обл., пр. Академика Н. Н. Семенова, д. 1

Михаил Владимирович Лотоцкий

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН; University of the Western Cape

Email: fvn@icp.ac.ru
ORCID iD: 0000-0001-8387-2856

HySA Systems Centre of Competence, к.х.н.

Russian Federation, 142432, г. Черноголовка, Московская обл., пр. Академика Н. Н. Семенова, д. 1; South Africa, Robert Sobukwe Rd., Bellville, 7535

Борис Петрович Тарасов

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН; Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова; Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»

Email: fvn@icp.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-1062-3063

Факультет фундаментальной физико-химической инженерии, факультет физики, к.х.н.

Russian Federation, 142432, г. Черноголовка, Московская обл., пр. Академика Н. Н. Семенова, д. 1; 119991, ГСП-1, г. Москва, Ленинские горы, д. 1; 101000, г. Москва, ул. Мясницкая, д. 20

References

  1. Amirthan T., Perera M. S. A. The role of storage systems in hydrogen economy: A review // J. Natural Gas Sci. Eng. 2022. V. 108. ID 104843. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2022.104843
  2. Reilly J. J., Wiswall R. H. Formation and properties of iron titanium hydride // Inorg. Chem. 1974. V. 13. N 1. P. 218–222.
  3. Qureshi F., Yusuf M., Arham K. M., Ibrahim H., Ekeoma B. C., Kamyab H., Rahman M. M., Nadda A. K., Chelliapan S. A state-of-the-art review on the latest trends in hydrogen production, storage, and transportation techniques // Fuel. 2023. V. 340. ID 127574. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.127574
  4. Tarasov B. P., Fursikov P. V., Volodin A. A., Bocharnikov M. S., Shimkus Yu. Ya., Kashin A. M., Yartys V. A., Chidziva S., Pasupathi S., Lototskyy M. V. Metal hydride hydrogen storage and compression systems for energy storage technologies // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. P. 13647–13657. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.07.085
  5. Lototskyy M. V., Davids M. W., Fokin V. N., Fokina E. E., Tarasov B. P. Hydrogen-accumulating materials based on titanium and iron alloys (review) // Thermal Engineering. 2024. V. 71. N 3. P. 264–279. https://doi.org/10.1134/S0040601524030030.
  6. Reidinger F., Lynch J. F., Reilly J. J. An X-ray diffraction examination of the FeTi–H2 system // J. Phys. F: Metal Phys. 1982. V. 12. P. L49–L55.
  7. Ulate-Kolitsky E., Tougas B., Huot J. Hydrogenation of TixFe2–x-based alloys with overstoichiometric Ti ratio (x = 1.1, 1.15 and 1.2) // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. P. 38363–38369. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.09.077
  8. Sandrock G. A panoramic overview of hydrogen storage alloys from a gas reaction point of view // J. Alloys Compd. 1999. V. 293–295. P. 877–888. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(99)00384-9
  9. Santhosh A., Kang S., Keilbart N., Wood B. C., Klassen T., Jerabek P., Dornheim M. Influence of near-surface oxide layers on TiFe hydrogenation: Mechanistic insights and implications for hydrogen storage applications // J. Mater. Chem. A. 2023. V. 11. P. 18776–18789. https://doi.org/10.1039/D3TA02205F
  10. Bratanich T., Solonin S., Skorokhod V. Hydrogen sorption peculiarities of mechanically activated intermetallic TiFe and TiFe–MmNi5 (LaNi5) mixtures // Int. J. Hydrogen Energy. 1996. V. 21. P. 1049–1051. https://doi.org/10.1016/S0360-3199(96)00042-0
  11. Zhang H. F., Lu M. Q., Li W. Activation of TiFe–LaNi5 compound particles // Acta Metall. Sinica A. 1997. V. 10. N 2. P. 131–133. https://amse.org.cn/EN/Y1997/V10/I2/131
  12. Kim H., Faisal M., Lee S.-I., Jung J. Y., Kim H.-J., Hong J., Lee Y.-S., Shim J.-H., Cho Y. W., Kim D. H., Suh J.-Y. Activation of Ti–Fe–Cr alloys containing identical AB2 fractions // J. Alloys Compd. 2021. V. 864. ID 158876. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.158876
  13. Son V. B., Shimkus Yu. Ya., Mozhzhukhin S. A., Bocharnikov M. S., Fokina E. E., Tarasov B. P. Application of intermetallics (La,Ce)Ni5 in hydrogen energy storage systems // Russ. J. Appl. Chem. 2020. V. 93. N 9. P. 1380–1386. https://doi.org/10.1134/S1070427220090104.
  14. Melnyk G. A., Tremel W. The titanium-iron-antimony ternary system and the crystal and electronic structure of the interstitial compound Ti5FeSb2 // J. Alloys Compd. 2003. V. 349. P. 164–171. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(02)00921-0
  15. Davids M. W., Lototskyy M. Influence of oxygen introduced in TiFe-based hydride forming alloy on its morphology, structural and hydrogen sorption properties // Int. J. Hydrogen Energy. 2012. V. 37. N 23. P. 18155–18162. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.09.106
  16. Züchner H., Kirch G. Auger electron spectroscopy investigation of the activation of TiFe for hydrogen uptake // J. Less-Common Met. 1984. V. 99. P. 143–150. https://doi.org/10.1016/0022-5088(84)90344-8
  17. Kato S., Matam S. K., Kerger P., Bernard L., Battaglia C., Vogel D., Rohwerder M., Züttel A. The origin of the catalytic activity of a metal hydride in CO2 reduction // Angew. Chem. Int. Ed. 2016. V. 55. P. 6028–6032. https://doi.org/10.1002/anie.201601402
  18. Lalik E., Parker S. F., Irvine G., da Silva I., Gutmann M. J., Romanelli G., Druzbicki K., Kosydar R., Krzystyniak M. Hydrogen spillover in tungsten oxide bronzes as observed by broadband neutron spectroscopy // Energies. 2023. V. 16. ID 5496. https://doi.org/10.3390/en16145496
  19. Shmalʹko Yu. F., Lototsky M. V., Klochko Ye. V., Solovey V. V. The formation of excited H species using metal hydrides // J. Alloys Compd. 1995. V. 231. N 1–2. P. 856–859. https://doi.org/10.1016/0925-8388(95)01772-0
  20. Shmalʹko Yu. F., Klochko Ye. V., Lototsky M. V. Influence of isotopic effect on the shift of the ionization potentials of hydrogen desorbed from the metal hydride surface // Int. J. Hydrogen Energy. 1996. V. 21. P. 1057–1059. https://doi.org/10.1016/S0360-3199(96)00040-7
  21. Babak V. N., Fokina E. E., Babak T. B., Fokin V. N. Hydrogenation of transition metals in mixtures with intermetallic compounds // Russ. J. Appl. Chem. 1993. V. 66. N 4. Part 1. P. 595–603.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Diffraction patterns of a mixture of melted TiFe alloy without subsequent annealing (TiFe*) with 30 wt% TiFeH~0.1, hydrogenated at 300°C under a hydrogen pressure of 3 MPa for 12 hours (a), and melted TiFe alloy without subsequent annealing (TiFe* ) (b).

Download (126KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Derivatogram of a mixture of melted TiFe alloy without subsequent annealing (TiFe*) with 20 wt% TiFeH~0.1, hydrogenated at 280°C under a hydrogen pressure of 3 MPa for 6 hours.

Download (104KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies