ГИДРИДЫ СПЛАВОВ ДЛЯ СОРБЦИИ И ДЕСОРБЦИИ ВОДОРОДА
ALLOY HYDRIDES FOR HYDROGEN SORPTION AND DESORPTION

Изобретение относится к области водородпоглощающих сплавов, гидриды которых обладают высоким давлением диссоциации и могут использоваться в качестве не требующих внешнего подогрева источников водорода для запуска двигателей в условиях низких окружающих температур или в качестве рабочего вещества металлогидридных компрессоров.
5
a
d
Известен сплав CeNi (С.Н.Клямкин, А.А.Карих, В.А.Демидов, В.Н.Вербецкий. Неорганические материалы, т.29, 1993, стр.1233-1237), образующий гидрид, содержащий до 1.4 масс.% водорода. Недостатком является не высокое содержание водорода в сплаве и большой гистерезис давления абсорбции-десорбции (ln(P/P)=1.23).
5
а
d
Известен сплав YNi (T.Takeshita, R.A.Gschneider, J.F.Lakner, J. Less-Common metals, v.78, 1981, p.43-47). Давление образования гидрида при комнатной температуре составляет 674 атм, а давление диссоциации - 174 атм. Недостатком является малое количество поглощаемого водорода (1.3 масс.%) и значительный гистерезис (ln(Р/P)=1.35).
2
а
d
Наиболее близким к предлагаемым сплавам по достигаемым результатам является сплав TiMn (S.N.Klyamkin, V.N.Verbetsky, V.A.Demidov, J. Alloys and Compounds, v.205, 1994, p.L1-L2). Гидрид сплава содержит 1.8 масс.% водорода. Давление абсорбции водорода составляет 380 атм при комнатной температуре, а давление десорбции - 34 атм. Недостатком сплава является большой гистерезис абсорбции-десорбции водорода (ln(Р/P)=2.4).
Задачей настоящего изобретения является уменьшение величины гистерезиса абсорбции-десорбции водорода при сохранении давления абсорбции-десорбции водорода выше 100 атм.
Поставленная задача решается с помощью сплавов общей формулы
1
2
3
1
2
3
, где М - Ti, Sc, Y, Dy, Gd, M - Fe, Co, M - Al, Si, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Mo, 0<= x <=0.8, 0<= у <=0.4, 1.8<= а <=2.2. При взаимодействии с водородом сплавы образуют гидриды с величиной гистерезиса менее 2.0 и давлением диссоциации выше 100 атм. Сплавы готовятся сплавлением исходных металлов компонентов при высокой температуре, например, в дуговой печи. Поставленная задача решается также с помощью гидридов указанных выше сплавов общей формулы , где М - Ti, Sc, Y, Dy, Gd, M - Fe, Co, M - Al, Si, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Mo, 0<= x <=0.8, 0<= y <=0.4, 1.8<= a <=2.2, 2.3<= b <=3.9. Гидриды готовятся в установках для прямого взаимодействия сплавов с водородом путем подачи газообразного водорода под высоким давлением в автоклав с образцом сплава.
Суть изобретения раскрывается приведенными Примерами.
Пример 1.
0.8
0.2
2
а
d
0.8
0.2
2
3.55
0.49 г титана (99.99%), 5.75 г железа (99.9%) и 3.76 г циркония (99.99%) сплавляют в дуговой печи в атмосфере аргона и переплавляют 3 раза для достижения гомогенности. Полученный сплав ZrTiFe переносится в установку для определения изотерм абсорбции-десорбции водорода. После 3 циклов поглощения-выделения водорода давление абсорбции при 22°С составило 1161 атм, давление десорбции - 755 атм (ln(Р/P)=0.43). Полученный гидрид ZrTiFeH содержит 1.8 масс.% водорода.
Пример 2.
0.5
0.5
2
а
d
0.5
0.5
2
3.64
1.25 г скандия (99.9%), 6.21 г железа (99.9%) и 2.54 г циркония (99.99%) сплавляют в дуговой печи в атмосфере аргона и переплавляют 3 раза для достижения гомогенности. Полученный сплав ZrScFe переносится в установку для определения изотерм абсорбции-десорбции водорода. После 3 циклов поглощения-выделения водорода давление абсорбции при 22°С составило 107 атм, давление десорбции - 105 атм (ln(Р/P)=0.02). Полученный гидрид ZrScFeH содержит 2,0 масс.% водорода.
Пример 3.
1.8
a
d
1.8
3.5
5.25 г железа (99.9%) и 4.75 г циркония (99.99%) сплавляют в дуговой печи в атмосфере аргона и переплавляют 3 раза для достижения гомогенности. Полученный сплав ZrFe переносится в установку для определения изотерм абсорбции-десорбции водорода. После 3 циклов поглощения-выделения водорода давление абсорбции при 22°С составило 800 атм, давление десорбции - 210 атм (ln(P/P)=1.4). Полученный гидрид ZrFeH содержит 1,8 масс.% водорода.
Пример 4.
0.9
0.1
2
a
d
0.9
0.1
2
3.6
0.77 г диспрозия (99.99%), 5.32 г железа (99.9%) и 3.91 г циркония (99.99%) сплавляют в дуговой печи в атмосфере аргона и переплавляют 3 раза для достижения гомогенности. Полученный сплав ZrDyFe переносится в установку для определения изотерм абсорбции-десорбции водорода. После 3 циклов поглощения-выделения водорода давление абсорбции при 22°С составило 590 атм, давление десорбции - 335 атм (ln(P/P)=0.56). Полученный гидрид ZrDyFeH содержит 1.7 масс.% водорода.
Пример 5.
1.8
0.2
а
d
1.8
0.2
3.7
0.62 г меди (99.9%), 4.92 г железа (99.9%) и 4.46 г циркония (99.99%) сплавляют в дуговой печи в атмосфере аргона и переплавляют 3 раза для достижения гомогенности. Полученный сплав ZrFeCu переносится в установку для определения изотерм абсорбции-десорбции водорода. После 3 циклов поглощения-выделения водорода давление абсорбции при 22°С составило 365 атм, давление десорбции - 250 атм (ln(Р/P)=0.38). Полученный гидрид ZrFeCuH содержит 1.8 масс.% водорода.
Пример 6.
1.7
0.2
a
d
1.7
0.2
3.6
0.59 г никеля (99.9%), 4.80 г железа (99.9%) и 4.61 г циркония (99.99%) сплавляют в дуговой печи в атмосфере аргона и переплавляют 3 раза для достижения гомогенности. Полученный сплав ZrFeNi переносится в установку для определения изотерм абсорбции-десорбции водорода. После 3 циклов поглощения-выделения водорода давление абсорбции при 22°C составило 395 атм, давление десорбции - 175 атм (ln(P/P)=0.81). Полученный гидрид ZrFeNiH содержит 1.8 масс.% водорода.
Пример 7.
0.2
0.8
1.6
0.4
a
d
0.2
0.8
1.6
0.4
3.02
2.30 г титана (99.99%), 1.23 г ванадия (99.9%), 5.37 г железа (99.9%) и 1.10 г циркония (99.99%) сплавляют в дуговой печи в атмосфере аргона и переплавляют 3 раза для достижения гомогенности. Полученный сплав ZrTiFeVпереносится в установку для определения изотерм абсорбции-десорбции водорода. После 3 циклов поглощения-выделения водорода давление абсорбции при 22°C составило 170 атм, давление десорбции - 163 атм (ln(P/P)=0.04). Полученный гидрид ZrTiFeVH содержит 1.8 масс.% водорода.
Пример 8.
0.5
0.5
1.9
0.1
a
d
0.5
0.5
1.9
0.1
2.3
0.15 г алюминия (99.9%), 1.34 г титана (99.99%), 5.95 г железа (99.9%) и 2.56 г циркония (99.99%) сплавляют в дуговой печи в атмосфере аргона и переплавляют 3 раза для достижения гомогенности. Полученный сплав ZrTiFeAl переносится в установку для определения изотерм абсорбции-десорбции водорода. После 3 циклов поглощения-выделения водорода давление абсорбции при 22°C составило 1225 атм, давление десорбции - 940 атм (ln(P/P)=0.26). Полученный гидрид ZrTiFeAlH содержит 1.3 масс.% водорода.
Пример 9.
а
d
0.9
0.1
2
3.48
0.44 г иттрия (99.99%), 5.51 г железа (99.9%) и 4.05 г циркония (99.99%) сплавляют в дуговой печи в атмосфере аргона и переплавляют 3 раза для достижения гомогенности. Полученный сплав переносится в установку для определения изотерм абсорбции-десорбции водорода. После 3 циклов поглощения-выделения водорода давление абсорбции при 22°C составило 393 атм, давление десорбции - 256 атм (ln(Р/P)=0.43). Полученный гидрид ZrYFeH содержит 1.7 масс.% водорода.
Пример 10.
0.9
0.1
2
a
d
0.9
0.1
2
2.4
0.73 г гадолиния (99.99%), 5.46 г кобальта (99.9%) и 3.81 г циркония (99.99%) сплавляют в дуговой печи в атмосфере аргона и переплавляют 3 раза для достижения гомогенности. Полученный сплав ZrGdCoпереносится в установку для определения изотерм абсорбции-десорбции водорода. После 3 циклов поглощения-выделения водорода давление абсорбции при 22°C составило 970 атм, давление десорбции - 230 атм (ln(P/P)=1.43). Полученный гидрид ZrGdCoH содержит 1.1 масс.% водорода.
Пример 11.
1.6
0.4
a
d
1.6
0.4
3.55
1.01 г хрома (99.9%), 4.57 г кобальта (99.9%) и 4.42 г циркония (99.99%) сплавляют в дуговой печи в атмосфере аргона и переплавляют 3 раза для достижения гомогенности. Полученный сплав ZrCoCr переносится в установку для определения изотерм абсорбции-десорбции водорода. После 3 циклов поглощения-выделения водорода давление абсорбции при 22°C составило 62 атм, давление десорбции - 31 атм (ln(P/P)=0.69). Полученный гидрид ZrCoCrHсодержит 1.7 масс.% водорода.
Пример 12.
2
0.2
a
d
2
0.2
3.9
0.51 г марганца (99.9%), 5.22 г железа (99.9%) и 4.27 г циркония (99.99%) сплавляют в дуговой печи в атмосфере аргона и переплавляют 3 раза для достижения гомогенности. Полученный сплав ZrFeMn переносится в установку для определения изотерм абсорбции-десорбции водорода. После 3 циклов поглощения-выделения водорода давление абсорбции при 22°C составило 482 атм, давление десорбции - 273 атм (ln(P/P)=0.57). Полученный гидрид ZrFeMnH содержит 1.8 масс.% водорода.
Пример 13.
1.7
0.3
а
d
1.34 г молибдена (99.99%), 4.42 г железа (99.9%) и 4.24 г циркония (99.99%) сплавляют в дуговой печи в атмосфере аргона и переплавляют 3 раза для достижения гомогенности. Полученный сплав ZrFeMo переносится в установку для определения изотерм абсорбции-десорбции водорода. После 3 циклов поглощения-выделения водорода давление абсорбции при 22°C составило 164 атм, давление десорбции - 73 атм (ln(Р/P)=0.81). Полученный гидрид содержит 1.6 масс.% водорода.
Пример 14.
1.9
0.1
а
d
1.9
0.1
3.43
0.14 г кремния (99.99%), 5.30 г железа (99.9%) и 4.56 г циркония (99.99%) сплавляют в дуговой печи в атмосфере аргона и переплавляют 3 раза для достижения гомогенности. Полученный сплав ZrFeSi переносится в установку для определения изотерм абсорбции-десорбции водорода. После 3 циклов поглощения-выделения водорода давление абсорбции при 22°C составило 229 атм, давление десорбции - 124 атм (ln(Р/P)=0.61). Полученный гидрид ZrFeSiHсодержит 1.7 масс.% водорода.
а
d
Таким образом приведенные в Примерах данные показывают, что получаемые из предложенных сплавов гидриды с величиной гистерезиса ln(Р/P) менее 2.0 и обладающие давлением диссоциации выше 100 атм.