Статистическая модель накопления водорода твердым телом из

УДК 620.22-419(06) Конструкционные и композиционные наноматериалы
В.Г. БАРАНОВ, Б.А. КАЛИН, Б.В. ПРОДУВАЛОВ,
А.В. ТЕНИШЕВ, И.И. ЧЕРНОВ
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.
(б)
Температура
Давление
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.
(а)
Рис. 1. Общее представление изотермы «давление-состав» (a) и соответствующая фазовая диаграмма (б) для
типичного
гидридообразующего
материала
При поглощениях водорода при низких концентрациях образуется
eq
твердый раствор α. В этой области парциальное давление водорода ( PH )
2
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 фазу. Фазовый переход завершается в точке х и твердый раствор в дальнейшем формируется только на основе -фазы.
Широко известный класс сплавов, аккумулирующих водород, структуры типа АВ5. В процессе гидрирования атомы водорода будут занимать
определенные междоузельные позиции в структуре АВ 5. Предполагается,
что один атом водорода может занимать одну позицию, а каждая элеменISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 7
105
УДК 620.22-419(06) Конструкционные и композиционные наноматериалы
тарная 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.
LgP Н2 (Па)
7,0
6,5
1
6,0
5,5
2
5,0
4,5
4,0
3,5
0
1
2
3
4
5
6
7
Н/М
8
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. 014106-1÷014106-12.
106
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 7