Гидрирование интерметаллического соединения TiFe в присутствии твердого раствора водорода TiFeH ~0.1
- Авторы: Фокин В.Н.1, Фурсиков П.В.1, Фокина Э.Э.1, Лотоцкий М.В.1,2, Тарасов Б.П.1,3,4
-
Учреждения:
- Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
- University of the Western Cape
- Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
- Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
- Выпуск: Том 97, № 1 (2024)
- Страницы: 37-44
- Раздел: Неорганический синтез и технология неорганических производств
- URL: https://journals.rcsi.science/0044-4618/article/view/259633
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044461824010055
- EDN: https://elibrary.ru/LIUYTD
- ID: 259633
Цитировать
Аннотация
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.
Ключевые слова
Полный текст
Об авторах
Валентин Назарович Фокин
Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: fvn@icp.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-4364-598X
к.х.н.
Россия, 142432, г. Черноголовка, Московская обл., пр. Академика Н. Н. Семенова, д. 1Павел 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.
Россия, 142432, г. Черноголовка, Московская обл., пр. Академика Н. Н. Семенова, д. 1Эвелина Эрнестовна Фокина
Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
Email: fvn@icp.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-1360-6621
Россия, 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.
Россия, 142432, г. Черноголовка, Московская обл., пр. Академика Н. Н. Семенова, д. 1; South Africa, Robert Sobukwe Rd., Bellville, 7535Борис 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.
Россия, 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. 20Список литературы
- 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
- Reilly J. J., Wiswall R. H. Formation and properties of iron titanium hydride // Inorg. Chem. 1974. V. 13. N 1. P. 218–222.
- 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
- 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
- Лотоцкий М. В., Дэвидс М. В., Фокин В. Н., Фокин Э. Э., Тарасов Б. П. Водород-аккумулирующие материалы на основе сплавов титана с железом (обзор) // Теплоэнергетика. 2024. № 3. С. 85–101. https://doi.org/10.56304/S0040363624030032
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Сон В. Б., Шимкус Ю. Я., Можжухин С. А., Бочарников М. С., Фокина Э. Э., Тарасов Б. П. Применение интерметаллидов (La,Ce)Ni5 в системах водородного аккумулирования энергии // ЖПХ. 2020. Т. 93. № 9. С. 1332–1339. https://doi.org/10.31857/S0044461820090108
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Бабак В. Н., Фокина Э. Э., Бабак Т. Б., Фокин В. Н. Механизм гидрирования переходных металлов в смеси с интерметаллическими соединениями // ЖПХ. 1993. Т. 66. № 4. С. 721–731