ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РАЗМЕРНЫЙ ДИАПАЗОН ОБЛАСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ГИДРИДА МАГНИЯ

Сведения об авторах
  • Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Российская Федерация
  • Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Российская Федерация
  • Университет Гренобль-Альпы, Гренобль, Франция

Аннотация

Водород – один из самых распространенных элементов в природе, является потенциально приемлемым для зарядки, производства и потребления энергии, а также для использования его в различных отраслях промышленности. Наиболее безопасный способ аккумулирования водорода – металлогидридный, например, в виде гидрида магния, что дает возможность безопасно хранить и транспортировать его. Существенным показателем эффективности системы «металл – водород» является скорость гидридного превращения, которая у магния недостаточно высока. Известно, что при оптимальных термодинамических условиях насыщения магния водородом на кинетику сорбции основное влияние оказывают размер частиц (площадь поверхности), размер кристаллитов/зерен (протяженность границ), различные добавки – катализаторы. Расчеты, выполненные в настоящем исследовании и определяющие возможность зарождения гидрида, основаны на предложенном авторами новом энергетическом соотношении, учитывающем как физико-химические, так и механические факторы. Показано, что оценка размера области фазового превращения на основе минимума полной энергии системы адекватно отражает процессы, происходящие при гидридообразовании в магнии. Размер критического зародыша при фазовом (гидридном) превращении в твердой фазе (магнии) контролируется в том числе соотношением объема и поверхности зарождающейся фазы, аналогично кристаллизации из раствора. Учет механического отклика системы на образование гидрида позволил предложить трактовку ряда явлений, которые регулярно фиксируют в процессе проведения экспериментов. Речь идет о влиянии специальных добавок и механической текстуры, инициирующих ускорение гидридообразования. Полученные результаты позволяют предложить механизм ориентированного зарождения гидрида в текстурированной матрице магния за счет анизотропии упругих характеристик образующейся фазы.

Ключевые слова

магнийгидрид магнияобласть гидридного превращенияэнергетические соотношениямеханические факторы

Литература

  1. 1.Jehan M., Fruchart D. McPhy-energy’s proposal for solid state hydrogen storage materials and systems // J. Alloys Compd. – 2013. – Vol. – 580, suppl. 1. – P. S343–S348. DOI: 10.1016/j.jallcom. 2013.03.266 Scholar
  2. 2.Bououdina M., Grant D., Walker G. Review on hydrogen absorbing materials – structure, microstructure, and thermodynamic properties // Int. J. Hydrog. Energy. – 2006. – Vol. 31. – P. 177– 182. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2005.04.049 Scholar
  3. 3.Thermodynamic tuning of Mg-based hydrogen storage alloys: a review / M. Zhu, Y. Lu, L. Ouyang, H. Wang // Materials. – 2013. – Vol. 6 – P. 4654–4674. DOI: 10.3390/ma6104654 Scholar
  4. 4.Correlation between hydrogen storage properties and textures induced in magnesium through ECAP and cold rolling / A.M.J. Jr, G.F. de Lima, M.R.M. Triques [et al.] // Int. J. Hydrog. Energy. – 2014. – Vol. 39. – P. 3810–3821. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2013.12.154 Scholar
  5. 5.Microstructure Optimization of Mg-Alloys by the ECAP Process Including Numerical Simulation, SPD Treatments, Characterization, and Hydrogen Sorption Properties / N. Skryabina, V. Aptukov, P. Romanov [et al.] // Molecules. – 2019. – Vol. 24, no. 1. – P. 89. DOI: 10.3390/molecules24010089 Scholar
  6. 6.Zaluski L., Zaluska A., Ström-Olsen J.O. Nanocrystalline metal hydrides // J. Alloys Compd. – 1997. – Vol. 253–254. – P. 70–79. DOI: 10.1016/S0925-8388(96)02985-4 Scholar
  7. 7.Structural study and hydrogen sorption kinetics of ball-milled magnesium hydride / J. Huot, G. Liang, S. Boily, A. Van Neste, R. Schulz // J. Alloys Compd. – 1999. – Vol. 293–295. – P. 495–500. DOI: 10.1016/S0925-8388(99)00474-0 Scholar
  8. 8.Zaluska A., Zaluski L., Ström-Olsen J.O. Structure, catalysis and atomic reactions on the nano-scale: a systematic approach to metal hydrides for hydrogen storage // Appl. Phys. A. – 2001. – Vol. 72, no. 2. – P. 157–165. DOI: 10.1007/s003390100783 Scholar
  9. 9.Correlation between hydrogen storage properties and structural characteristics in mechanically milled magnesium hydride MgH2 / N. Hanada, T. Ichikawa, S.-I. Orimo, H. Fujii // J. Alloys Compd. – 2004. – Vol. 366. – P. 269–273. DOI: 10.1016/S0925-8388(03)00734-5 Scholar
  10. 10.Hydrogen desorption from ball milled MgH2 catalyzed with Fe / A. Bassetti, E. Bonetti, L. Pasquini [et al.] // Eur. Phys. J. – 2005. – Vol. 43 B. – P. 19–27. DOI: 10.1140/epjb/e2005-00023-9 Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 6, 2023)

Показаны 12 из 13

Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
21.12.2023
В выпуске
21.12.2023
Выпуск
№ 6 (2023)
Поделиться