ЦІЛЬОВА КОМПЛЕКСНА ПРОГРАМА НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ НАН УКРАЇНИ

«Розвиток наукових засад отримання, зберігання та використання водню в системах автономного енергозабезпечення»

Головнa

Проекти програми

Про найважливіше:

Розробка фізико-хімічних принципів створення високоємних гідридоутворюючих матеріалів і їх використання в стаціонарних системах зберігання водню та в якості електродів для електрохімічних систем енергетичного спрямування

Fig.

Fig. 2 align=

Fig. 3 align=

Мета наукових досліджень за проектом є розробка фізіко-хімічні принципів створення та способів отримання нового покоління металогідридних нанокомпозитних матеріалів на основі Mg з комплексом характеристик, що забеспечують їх практичне використання в стаціонарних системах зберігання водню

Області застосування

Область застосування воденьсорбуючих матеріалів, що будуть створені в результаті виконання проекту - воднева енергетика. Також передбачається використання розроблюваних матеріалів (гідридоутворюючих) на основі Mg та його сплавів в лабораторних стаціонарних установках для термодесорбційних досліджень, високотемпературних модулях перетворювачів енергії і гідридних теплових насосів, тощо.

Короткий опис

В частині проекту, яка присвячена розробці методів отримання та покращення властивостей воденьсорбуючих матеріалів для зберігання водню на основі сплавів магнію, планується проведення досліджень, спрямованих на отримання притаманого вказаним матеріалам комплексу характеристик, необхідних для їх практичного застосування в якості акумуляторів водню: швидкої кінетики і низької температури повного виділення водню при тиску 1 атм. Для досягнення вказаного покращення характеристик отриманих матеріалів планується застосування новітніх методів синтезу, а також процесів механічного диспергування та легування, в частності Mg-Ti-Fe-Ni, що дозволяють через вплив на термодинамічні властивості змінювати і формувати необхідні воденьсорбуючі властивості і термічну стабільність гідридних фаз, необхідний хімічний стан поверхні останніх.

Очікувані властивості

З врахуванням вимог практики до акумуляторів водню стаціонарного призначення розробити нанокомпозитний матеріал для зберігання водню на основі Mg з каталітичними домішками (Ti, Ni, Fe), що здатний накопичувати не менше 6% ваг. водню і володіє покращеною кінетикою гідрування-дегідрування та зниженою термічною стійкістю і температурою розкладу утворених гідридних фаз Mg(Me)H2.

Переваги

Встановлено, що механічне легування магнію Al,Ni,Ti забезпечує кращі воденьсорбційні характеристики та кінетику десорбції водню з гідридної фази MgH2 механічного сплаву-композиту ніж легування окремо Al або Fe. Встановлено, що в результаті реактивного помелу суміші Mg + 10 % мас. Al + 10%мас.Ti ; Mg + 10 % мас. Al +10%мас.Ni на протязі 10 год. вдається досягти більшої величини водневої ємності (6,57% мас.; 5,57% мас.), ніж у випадку реактивного помелу 10 год. суміші Mg + 10%(Al + Fe). Встановлено, що в результаті реактивного помелу 20 год. суміші Mg + 5 мас%. Si + 5% мас.% Ti + 2 мас% Fe воднева ємність сплаву становить 5,58 мас.%. Температура початку 1-й десорбції водню - 260°C (PH2 в реакторі = 1 бар).

Конкуренти

Department Mater.Scien.&Engineer.ZhejiangUniversity,China
Department Mater.Univer London, UK
Course in Materials Science &Chemistry, Tokai University, Numazu, Japan
Institute for Energy Technology, P.O. Box 40, N-2027 Kjeller, Norway.

Стан розробки

Враховуючи вимоги практики авторами проекту здійснено цілу низку досліджень, які цілеспрямовані на зниження температури та покращення кінетики розкладу стехіометричного гідриду MgH2 з застосуванням в процесі його синтезу механічного диспергування та легування Ti, Fe, Ni, Al, Si; проведено вивчення ролі окремо кожного з вказаних легуючих елементів так само, як і ролі подвійного і потрійного легування цими елементами, у зниженні температури та покращенні кінетики розкладу гідридної фази MgH2. Результати попередніх досліджень взаємозв’язку стану поверхні гідридів і кінетики їх утворення будуть покладені в основу розробки ефективних технологій модифікування та легування даних матеріалів. Це дає можливість отримання дешевих гідридоутворюючих матеріалів на основі Mg, працездатних у складі реальних стаціонарних систем, котри забезпечують приймання водню технічної чистоти від зовнішнього джерела (електролізера), його зберігання та видачу споживачеві під заданим тиском і з заданою витратою.

Інтелектуальна власність

Publications on results carried out within the project:

  • Ershova O.G., Dobrovolsky V.D., SoloninY. M., Khyzhun O.Yu, Koval A.Yu. The effect of Al on thermal stability and kinetics of decomposition of MgH2 prepared by mechanochemical reaction at different conditions // Materials Chemistry and Physics. – 2015. – 162. – p.408 – 416.

  • Dobrovolsky V.D., Ershova O.G., Solonin Yu. M., Khyzhun O.Y. Influence of titanium and iron additives to magnesium upon hydrogen-sorption properties, thermal stability and kinetics of hydrogen desorption from MgH2 phase of mechanical alloy // Powder Metallurgy & Metal Ceramics, 2016, No. 7-8, P. 124-137.

  • Dobrovolsky V.D., Ershova O.G., Solonin Yu. M. Thermal Resistance and the Kinetics of Hydrogen Desorption from Hydrides of the Mg–Al–Ni–Ti Mechanical Alloy // Materials Science. – 2016. - 51(4), 457-464.

  • V.D. Dobrovolsky, O.Y. Khyzhun, A.K. Sinelnichenko, O.G. Ershova,Y.M. Solonin. XPS study of influence of exposure to air on thermal stability and kinetics of hydrogen decomposition of MgH2 films obtained by direct hydrogenation from gaseous phase of metallic // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena.- 2017.- 215, p. 28-35.

  • Valentin Davidovich Dobrovolsky, Olga Georgievna Ershova, Yuriy Michailovich Solonin. Alloying effect of Ti, Fe, Ni and Al on hydrogen desorption behavior of MgH2 synthesized by reactive mechanical alloying. // Innovations in Corrosion and Materials Science. -2017. – v. 7. – p. 1-15.

  • Ershova O.G., Dobrovolsky V.D., Solonin Y.M. Mechanical alloys Mg-Me (Me: Ti, Fe, Ni, Al) & Mg -Me1-Me2 (Ме1: Al; Me2: Ti, Fe, Ni) with low resistance and improved kinetics of hydrogenation /dehydrogenation for hydrogen storage applications // French-Ukrainia Journal of Chemistry. 2018. –v. 6. – isse 1. – p. 31-55.

  • Dobrovolsky V.D., Ershova O.G., Solonin Yu. M. Magnesium-based composites obtained by reactive mechanical alloying for hydrogen storage systems // Materials Science: Achievements and Prospects. In 2 tons. T1.- Kiev: Academperiodika. - 2018. – p. 174-194.

  • O.G. Ershova, V.D. Dobrovolsky, Yu.M. Solonin, A.Yu.Koval Hydrogen sorption properties, thermal stability and kinetics of hydrogen desorption from the hydride phase of the MgH2 of a mechanical alloy of magnesium with Ti and Y//Met.Phys.and Novel Tech. – 1029. –v.41(8). – p.981-1001.

    • Контактна інформація

    Виконавець:

    Інститут проблем матеріалознавства ім.І.М.Францевича НАН України

    Проект №11 «Розробка фізико-хімічних принципів створення високоємних гідридоутворюючих матеріалів і їх використання в стаціонарних системах зберігання водню та в якості електродів для електрохімічних систем енергетичного спрямування»

    Контактна особа:

    Єршова Ольга Георгівна

    канд. техн. наук
    старший науковий співробітник

    Teл. +38 044 205-79-27

    Е-mail: dobersh2017@ukr.net
    © 2019 «Водень-Інфо»