Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время основной альтернативой традиционным видам топлива является водород – универсальный, возобновляемый и экологически чистый энергоноситель. В качестве одного из перспективных способов аккумулирования водорода рассматривается хранение его в твердофазном
связанном состоянии в виде гидридов металлов. Уникальное свойство некоторых интерметаллических сплавов (ИМС) на основе редкоземельных и других металлов, заключается в способности избирательно и обратимо поглощать большие объемы водорода с образованием гидридных фаз, что позволяет создавать на их основе разнообразные устройства, которые находят все более широкое применение в современной и перспективной технике. Согласно требованиям Международного энергетического агентства, в случае мобильных систем хранения аккумулятор должен содержать водорода по массе не менее 6.5 масс%, а по объему - не менее 63 кг-м, аккумулятор должен содержать не менее 5 масс% и выделять его при температуре не выше 373 К.
Ускорение электрохимической сорбции водорода можно регулировать не только путем варьирования состава и концентрации протонодонорного электролита в растворе, перенапряжения процесса выделения водорода, но и путем модифицирования поверхности электрода, которую можно осуществить методом катодного внедрения. Особый интерес в этом плане представляют интерметаллические соединения, способные к сорбции водорода, поэтому они нашли широкое применение в энергетике и атомной технике для аккумулирования водорода. Однако данных по скорости поглощения водорода сплавами на основе алюминия с редкоземельными металлами (Al-РЗЭ) в литературе недостаточно.
Цель работы
Установление взаимосвязи между фазовыми превращениями и диффузионно-кинетическими характеристиками формирования электрохи-мических сплавов Al-Sm и Al-Sm-H, полученных по методу катодного внедрения из водно-органических электролитов.
Задачи исследования:
Изучить диффузионно-кинетические характеристики сорбции водорода при электрохимическом получении металлогидридных электродов на основе алюминия с РЗЭ.
Исследовать влияние соотношения воды и органического растворителя на скорость сорбции водорода электрохимической системой Al-Sm.
Изучить физико-химические свойства получения электрохимических систем Al-Sm-H.
Изучить влияние электрического поля на электрохимические и физико- механические свойства сплавов Al-Sm и Al- Sm -H.
Исследовать влияние магнитного поля на последующее внедрение водорода в Al-Sm электроды и изучение физико-механических и электрохимических свойств Al-Sm-H-электродов.
Научная новизна
Впервые показана возможность использования в качестве водородсодержащего агента раствора воды в диметилформамиде (Н2О+ДМФ).
Определена плотность тока разряда ионов водорода в широком диапазоне потенциалов (от 1,2 до 2,4 В).
Обнаружены две области потенциалов, различающиеся механизмом процесса: в первой области (-1.2 … -1.8 В) процесс разряда ионов водорода протекает по механизму электрохимической сорбции (внедрения) и лимитируется стадией твердофазной диффузии разрядившихся атомов водорода; во второй области потенциалов (-1.8 … -2.4 В), где поверхность Al-Sm электрода насыщена атомами водорода и диффузия их вглубь затруднена, протекает преимущественно процесс выделения водорода по механизму рекомбинации.
Обоснован состав протонодонорного электролита на основе смеси H2O +ДМФ. Определено оптимальное соотношение H2O+ДМФ(об.), обеспечивающее наиболее высокую скорость сорбции водорода. Полученные данные подтверждены измерениями pHS приэлектродного слоя.
Показано, что обработка Al-Sm электрода в магнитном поле способствует снижению кинетических затруднений и увеличению количества сорбируемого водорода.
Обоснован выбор сплава Al-Sm в качестве эффективного, сорбирующего водород материала. Показано, что при катодном внедрении водорода в AlSm электроде, помимо Al2Sm, SmAl, AlSm2, образуются соединения: Sm3Н7, AlН3.
Практическая значимость
Полученные данные показали перспективность использования смесей H2O- диполярный органический растворитель в качестве протонодонорного электролита для получения сплавов Al-Sm-Н по методу катодного внедрения в качестве материалов при разработке новых накопителей водорода.
Апробация результатов работы
Результаты работы докладывались на Всероссийских конференциях: «Нанотехнологии и наноматериалы: современное состояние и перспективы развития в условиях Волгоградской области» (Волгоград, 2010 г.) «Актуальные проблемы электрохимической технологии» (Саратов, 2011 г.)
Публикации По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ, 2 из которых в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка используемой литературы. Материал изложен на 176 страницах машинописного текста и содержит 23 таблицы, 46 рисунков. Список литературы включает 198 источников.
Похожие диссертации на Влияние электрического и магнитного полей на электрохимические и физико-механические свойства сплавов Al-Sm и Al-Sm-H, полученных методом катодного внедрения
