Гидрирование TiFe в присутствии интерметаллида CeCo3 как активирующей добавки

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Практическое использование TiFe как обратимо сорбирующего водород вещества сдерживается рядом факторов — отрицательным влиянием на сорбцию водорода примесей, содержащихся и в сплаве, и в водороде, жесткими условиями активации и др. Одним из способов устранения этих препятствий может быть использование легко гидрируемых интерметаллидов как активирующей добавки к исходному интерметаллиду и сплавам на его основе. В качестве такой добавки исследовано использование интерметаллического соединения CeCo3, гидрирующегося до тетрагидрида CeCo3H4 в мягких условиях. Установлено, что в присутствии 10–20 мас% активирующей добавки при температуре гидрирования 120–150°C под давлением водорода 30 атм при общей продолжительности гидрирования 6–8 ч превращение интерметаллидов в соответствующие гидриды происходит на 97–98%. Экспериментально показано, что смесь интерметаллидов TiFe + CeCo3 может применяться как рабочее вещество в металлогидридных аккумуляторах водорода многократного действия, являющихся источником водорода высокой чистоты (99.999 мас%) для лабораторных работ.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Валентин Назарович Фокин

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Author for correspondence.
Email: fvn@icp.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-4364-598X

к.х.н.

Russian Federation, 142432, г. Черноголовка, Московская обл., пр. Академика Н. Н. Семенова, д. 1

Павел 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.

Russian Federation, 142432, г. Черноголовка, Московская обл., пр. Академика Н. Н. Семенова, д. 1

Эвелина Эрнестовна Фокина

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: fvn@icp.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-1360-6621
Russian Federation, 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; HySA Systems Centre of Competence, University of the Western Cape

Email: fvn@icp.ac.ru
ORCID iD: 0000-0001-8387-2856

к.х.н.

Russian Federation, 142432, г. Черноголовка, Московская обл., пр. Академика Н. Н. Семенова, д. 1; Robert Sobukwe Rd., Bellville, 7535 South Africa

Борис Петрович Тарасов

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: fvn@icp.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-1062-3063

к.х.н.

Russian Federation, 142432, г. Черноголовка, Московская обл., пр. Академика Н. Н. Семенова, д. 1

References

  1. Qureshi F., Yusuf M., Khan M. A., Hussameldin I., Ekeoma B. C., Kamyab H., Rahman M. M., Nadda 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
  2. Usman M. R. Hydrogen storage methods: Review and current status // Ren. Sust. Energy Revs. 2022. V. 167. ID 112743. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112743
  3. Morales-Ospino R., Celzard A., Fierro V. Strategies to recover and minimize boil-off losses during liquid hydrogen storage // Ren. Sust. Energy Revs. 2023. V. 182. ID 113360. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113360
  4. Lototskyy M. V., Tolj I., Pickering L., Sita C., Barbir F., Yartys V. The use of metal hydrides in fuel cell applications // Progress in Natural Science: Mater. Int. 2017. V. 27. N 1. P. 3–20. https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2017.01.008
  5. Cetinkaya S. A., Disli T., Soyturk G., Kizilkan O., Colpan C. O. A review on thermal coupling of metal hydride storage tanks with fuel cells and electrolyzers // Energies (Basel). 2023. V. 16. N 1. ID 341. https://doi.org/10.3390/en16010341
  6. Lototskyy M. V., Tarasov B. P., Yartys V. A. Gas-phase applications of metal hydrides // J. Energy Storage. 2023. ID 108165. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.108165
  7. Reilly J. J., Wiswall R. H. Formation and properties of iron titanium hydride // Inorg. Chem. 1974. V. 13. N 1. P. 218–222.
  8. Guo F., Namba K., Miyaoka H., Jain A., Ichikawa T. Hydrogen storage behavior of TiFe alloy activated by different methods // Mater. Lett. X. 2021. V. 9. ID 100061. https://doi.org/j.mlblux.2021.100061
  9. Zhang Y.-H., Li C., Yuan Z.-M., Qi Y., Guo S.-H., Zhao D.-L. Research progress of TiFe-based hydrogen storage alloys // J. Iron Steel Res. Int. 2022. V. 29. P. 537–551. https://doi.org/10.1007/s42243-022-00756-w
  10. Лотоцкий М. В., Дэвидс М. В., Фокин В. Н., Фокина Э. Э., Тарасов Б. П. Водород-аккумулирующие материалы на основе сплавов титана с железом: проблемы и решения (обзор) // Теплоэнергетика. 2024. № 3. С. 85–101. https://doi.org/10.56304/S0040363624030032 [Lototskyy M. V., Davids M. W., Fokin V. N., Fokina E. E., Tarasov B. P. Hydrogen-accumulating materials based on titanium and iron alloys (review) // Thermal Eng. 2024. V. 71. N 3. P. 264–279. https://doi.org/10.1134/S0040601524030030].
  11. Liu H., Zhang J., Sun P., Zhou C., Liu Y., Fang Z. Z. Effect of oxygen on the hydrogen storage properties of TiFe alloys // J. Energy Storage. 2022. V. 55. ID 105543. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.105543
  12. Dematteis E. M., Berti N., Cuevas F., Latroche M., Baricco M. Substitutional effects in TiFe for hydrogen storage: A comprehensive review // Mater. Advances. 2021. V. 2. N 8. P. 2524–2560. https://doi.org/10.1039/d1ma00101a
  13. Fadonougbo J. O., Park K. B., Na T.-W., Park C.-S., Park H.-K., Ko W.-S. An integrated computational and experimental method for predicting hydrogen plateau pressures of TiFe 1-х М х- based room temperature hydrides // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. P. 17673–17682. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.03.240
  14. Zhang H.F., Lu M.Q., Li W. Activation of TiFe-La Ni 5 compound particles // Acta Metall. Sinica A. 1997. V. 10. N 2. P. 131–133. https://amse.org.cn/EN/Y1997/V10/I2/131
  15. 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 AB 2 fractions // J. Alloys Compd. 2021. V. 864. ID 158876. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.158876
  16. Фокин В. Н., Сон В. Б., Фокина Э. Э., Тарасов Б. П. Гидрирование интерметаллических соединений ACo 3 (A = Ce, Y) водородом и аммиаком // ЖПХ. 2020. Т. 93. № 12. С. 1734–1739. https://doi.org/10.31857/S004446182012004X [Fokin V. N., Son V. B., Fokina E. E., Tarasov B. P. Hydrogenation of intermetallic compounds ACo 3 (A = Ce, Y) with hydrogen and ammonia // Russ. J. Appl. Chem. 2020. V. 93. N 12. P. 1829–1834. https://doi.org/10.1134/S1070427220120046].
  17. Лушников С. А., Филиппова Т. В. Гидриды La Ni 5 и RT 3 (R — Ce, Nd, Gd, Er; T — Co, Ni, Fe), полученные при низких температуре и давлении H 2 // Неорган. материалы. 2013. Т. 49. № 8. С. 827–832. https://doi.org/10.7868/S0002337X13080101 [Lushnikov S. A., Filippova T. V. La Ni 5 - and RT 3 -based (R = Ce, Nd, Gd, Er; T = Co, Ni, Fe) hydrides prepared at low temperatures and H 2 pressures // Inorg. Mater. 2013. V. 49. N 8. P. 770–774. https://doi.org/10.1134/S0020168513080104].
  18. Сон В. Б., Шимкус Ю. Я., Можжухин С. А., Бочарников М. С., Фокина Э. Э., Тарасов Б. П. Применение интерметаллидов (La,Ce) Ni 5 в системах водородного аккумулирования энергии // ЖПХ. 2020. Т. 93. № 9. С. 1332–1339. https://doi.org/10.31857/S0044461820090108 [Son V. B., Shimkus Yu. Ya., Mozhzhukhin S. A., Bocharnikov M. S., Fokina E. E., Tarasov B. P. Application of intermetallics (La,Ce) Ni 5 in hydrogen energy storage systems // Russ. J. Appl. Chem. 2020. V. 93. N 9. P. 1380–1386. https://doi.org/10.1134/S1070427220090104].
  19. Van Der Kraan A. M., Buschow K. H. J. The 57Fe Mössbauer isomer shift in intermetallic compounds of iron // Physica B + C (Amsterdam). 1986. V. 138. P. 55–62. https://doi.org/10.1016/0378-4363(86)90492-4
  20. Reidinger F., Lynch J. F., Reilly J. J. An X-ray diffraction examination of the FeTi– H 2 system // J. Phys. F: Met. Phys. 1982. V. 12. P. L49–L55. https://doi.org/10.1088/0305-4608/12/3/007
  21. Cantrell J. S., Bowman R. C. Jr. Comparison of structures and electronic properties between TiCoHx and TiFe H x // J. Less-Common Met. 1987. V. 130. P. 69–78. https://doi.org/10.1016/0022-5088(87)90088-9
  22. Lushnikov S. A., Verbetskii V. N., Glazkov V. P., Somenkov V. A. Structure, chemical bonds and anisotropy in hydrides IMC with CeNi3 and PuNi3 structure // J. Alloys Compd. 2007. V. 446–447. P. 28–33. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.01.027
  23. Lalik E., Parker S. F., Irvine G., Ivan da Silva, Gutmann M. J., Romanelli G., Drużbicki 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
  24. 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
  25. 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 [Babak V. N., Fokina E. E., Babak T. B., Fokin V. N. Hydrogenation of transition metals in mixtures with intermetallic compounds // Russ. J. Appl. Chem. 1993. V. 66. N 4. Part 1. P. 595–603].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Results of thermal analysis of hydrogenation products of a mixture of 70 wt% TiFe: 30 wt% CeCo3 at 100°C: thermogravimetry (1) and differential scanning calorimetry (2) curves.

Download (49KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Diffraction pattern of hydrogenation products of a sample of 90 wt% TiFe + 10 wt% CeCo3 (designations of diffraction peaks are given in the text, Miller indices are given in brackets).

Download (85KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences