Сплав для зберігання водню
Формула / Реферат
Сплав для зберігання водню, що містить титан, цирконій, марганець та ванадій, який відрізняється тим, що компоненти взяті у наступному співвідношенні, ат. %:
титан (Ті)
15,3-15,5
цирконій (Zr)
30,1-30,3
марганець (Μη)
48,9-49,1
ванадій (V)
5,3-5,5.
Текст
Реферат: Сплав для зберігання водню, що містить титан, цирконій, марганець та ванадій, причому компоненти взяті у наступному співвідношенні, ат. %: титан (Ті) 15,3-15,5 цирконій (Zr) 30,1-30,3 марганець (Μn) 48,9-49,1 ванадій (V) 5,3-5,5. UA 99206 U (54) СПЛАВ ДЛЯ ЗБЕРІГАННЯ ВОДНЮ UA 99206 U UA 99206 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до області водневої енергетики, зокрема до матеріалів, які є найбільш перспективними для використання як безпечні та екологічно чисті носії водневого палива (енергії), що є альтернативою нафті та газу. Відомі сплави (Ti1-хZrx)Mn1,4 (х=0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4), які використовуються у реверсивних системах зберігання водню (Н. Taizhong, W. Zhu, Y. Xuebin, С. Jinzhou, X. Baojia, Η. Tiesheng, X. Naixin. Hydrogen absorption-desorption behavior of zirconium-substituting Ti-Mn based hydrogen storage alloys // Intermetallics. - 2004. - v. 12. - № 1. - p. 91-96). Недоліками відомих сплавів є суттєве зменшення їх реверсивної ємності: від Н/Ме=0,74 для х=0 до Н/Ме=0,33 для х=0,4. Так, із збільшенням вмісту цирконію в сплавах, плато тиску десорбції водню зменшується, а при х0,3 - взагалі зникає, що значно ускладнює їх практичне застосування. Найбільш близький за технічною суттю та результатом, що досягається, до сплаву, що заявляється, є сплав для зберігання водню (S.V. Mitrokhin, Τ. Ν. Bezuglaya, V.N. Verbetsky. Structure and hydrogen sorption properties of (Ti, Zr)-Mn-V alloys //Journal of Alloys and Compounds. - 2002. - v. 330-332. - p. 146-151), що має наступне співвідношення компонентів, ат. %: титан (Ті) 40 цирконій (Zr) 6 марганець (Μn) 49 ванадій (V) 5. Недоліками відомого сплаву є: недостатній рівень водневої ємності; необхідність відпалу сплаву в кварцовій ампулі під тиском аргону 0,01 атм. при температурі 1100-1150 K в продовж 240 годин з наступним його охолодження зі швидкістю 0,5° за хвилину, що значно подовжує час технологічного процесу отримання сплаву. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити сплав для зберігання водню шляхом зміни співвідношення титану та цирконію, за рахунок чого воднева ємність сплаву підвищується на 4 %, з одночасним покращенням кінетики сорбції-десорбції. Поставлена задача вирішується тим, що в сплаві для зберігання водню, що містить титан, цирконій, марганець та ванадій, згідно з корисною моделлю, компоненти взяті у наступному співвідношенні, ат. %: титан (Ті) 15,3-15,5 цирконій (Zr) 30,1-30,3 марганець (Μn) 48,9-49,1 ванадій (V) 5,3-5,5. Зміна співвідношення титану та цирконію, дозволяє підвищити водневу ємність при одночасному покращенні кінетики сорбції-десорбції сплаву, за рахунок наступних чинників. Поперше, при заміщенні атомів титану (атомний радіус 1,49 Е) на цирконій (атомний радіус 1,585 Е) збільшуються параметри кристалічної ґратки сплаву і, як наслідок, збільшується об'єм міжвузлів у елементарній ґратці, що забезпечує збільшення простору для втілення атомів водню. По-друге, цирконій має більшу спорідненість до водню ніж титан. По-третє, релаксація напружень, що виникають у кристалах інтерметаліду при розчиненні водню, відбувається шляхом руйнування інтерметаліду з утворенням поверхні, вільної від бар'єрного шару оксидної плівки уже на початковому етапі процесу гідрування. Відхилення від складу сплаву, що заявляється, призводить до зниження його водневої ємності або до значного збільшення часу гідрування. Відхилення від складу сплаву, що заявляється: в бік збільшення кількості титану та цирконію призводить до зростання долі твердого розчину, внаслідок чого підвищується температура наводнення або збільшується час гідрування; збільшення кількості марганцю призводить до підвищення його концентрації у інтерметаліді, внаслідок чого знижується його сорбційна ємність. Суть корисної моделі ілюструється кресленням, де: - на фігурі наведено дифрактограми сплаву у литому стані (а), сплаву після гідрування (б). Запропонований сплав випробовували наступним чином. При виготовленні запропонованого сплаву використовувалися матеріали: - титан йодидний Ті -1 (ТУ48-4-282-72), який містить ат. %: 0,02 % Аl; 0,02 %Fe; 0,01 % Si; 0,01 % Mo; 0,005 % Μn; 0,01 % Ni; 0,01 % Cr; C, O,N - сліди; - цирконій йодидний класу Α1, який містить ат. %: 0,015 % Аl; 0,07 % Fe; 0,03 % Si; 0,01 % Mg; 0,005 % Μn; 0,02 % Ті; - марганець електролітичний чистотою 99,9 ат. %; - ванадій електролітичний чистотою 99,5 ат. %. Сплав виплавляли у лабораторній електродуговій печі марки КПТМ-2, яка призначена для виготовлення сплавів тугоплавких і хімічно активних металів у середовищі очищеного аргону 1 UA 99206 U 3 5 10 15 20 25 30 35 40 марки А (ДЕРЖСТАНДАРТ ІО-157-62), яке містить 0,003 ат. % О2, 0,03г/м Н2О. Вакуумна -3 система печі забезпечувала відкачку плавильної камери до тиску 2,67•10 Па, після чого камеру 4 заповнювали інертним газом. Максимальний надлишковий тиск інертного газу становив 5,1•10 Па. Хімічний склад виплавленого сплаву 15,4Ti-30,2Zr-49Mn-5,4V перевіряли методом рентгенівського флуоресцентного аналізу на спектрометрі марки VRA-30. У межах похибки вимірювання (±0,3 ат. %), він співпадав із номінальним складом сплаву. Дослідження кристалічної структури сплаву здійснювали на дифрактометрі ДРОН-ЗМ, у Cuka випромінюванні. Так, в структурі сплаву спостерігали інтерметалід (Ti, Zr)(Mn, V)2-x (параметри елементарної комірки а=0,506410,0009 нм с=0,8318±0,0009 нм), також були наявні сліди твердого розчину. Водневосорбційні властивості сплаву досліджували методом Сівертса на установці ІВГМ-2 за надлишкового тиску водню 0,22-0,24 МПа та за кімнатної температури (процес гідрування). Корисна модель ілюструється наступними прикладами процесу гідрування. Приклад 1. Сплав 15,4Ti-30,2Zr-49Mn-5,4V витримували у атмосфері водню при тиску 0,23 МПа та кімнатній температурі впродовж 30 хвилин. Інтенсивна сорбція водню сплавом розпочиналась вже після його витримки впродовж 2 хвилин (інкубаційний період) з подальшим продовженням процесу сорбції впродовж 5 хвилин. При подальшій витримці у атмосфері водню впродовж 23 хвилин процес сорбції не поновлювався. Кінцевий продукт гідрування сплаву складався з гідриду на основі інтерметаліду (Ti, Zr)(Mn, V)2-xH (параметри елементарної комірки а=0,5476±0,0009 нм с=0,8996±0,0009 нм) та слідів гідридів на основі твердих розчинів. Кількість поглинутого водню при кімнатній температурі та атмосферному тиску дорівнювала 2,06 мас. %. При зниженні тиску від 0,23 до 0,002 МПа спостерігали десорбцію водню з отриманого гідриду (-3 % від поглинутої кількості водню) вже при кімнатній температурі, а подальше виділення спостерігалось лише при нагріванні. Приклад 2. Сплав після циклу сорбція-десорбція має активовану поверхню і починає поглинати водень при кімнатній температурі і тому ж тиску (0,23 МПа) вже з перших секунд контакту з водневмісним середовищем. При повторному гідруванні скорочується інкубаційний період з хвилин до кількох секунд, а сам процес поглинання займає лише 2-3 хвилини. Цей факт обумовлений диспергуванням зразка сплаву при циклі сорбція-десорбція і пониженням концентрації кисню на поверхні і в об'ємі часток в результаті взаємодії з атомарним воднем, що виділяється. Таким чином, запропонований сплав має наступні переваги над найближчим аналогом: - воднева ємність збільшується на 4 %; - вдається виділити до 3 % від поглинутої кількості водню за рахунок зняття тиску водню без застосування нагріву; - зменшено тиск гідрування від 0,7 до 0,23 МПа; - отриманий склад сплаву не потребує відпалу та термосорбційного очищення водню при гідруванні. Висока воднева ємність запропонованого сплаву у сукупності із поліпшеною кінетикою процесів гідрування та десорбції, дає змогу використовувати його як безпечний та екологічно чистий носій водневого палива. 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Сплав для зберігання водню, що містить титан, цирконій, марганець та ванадій, який відрізняється тим, що компоненти взяті у наступному співвідношенні, ат. %: титан (Ті) 15,3-15,5 цирконій (Zr) 30,1-30,3 марганець (Μn) 48,9-49,1 ванадій (V) 5,3-5,5. 2 UA 99206 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3
ДивитисяДодаткова інформація
МПК / Мітки
МПК: C22C 22/00, C01B 3/00
Мітки: сплав, водню, зберігання
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/5-99206-splav-dlya-zberigannya-vodnyu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Сплав для зберігання водню</a>
Попередній патент: Спосіб отримання наногетерогенних твердотільних люмінесцентних плівкових структур на основі нанокристалів кадмій телуриду
Наступний патент: Опалювальна піч
Випадковий патент: Спосіб лікування генералізованих тривожних розладів онкологічних хворих, які перенесли хірургічне втручання з формуванням кишкової стоми