Везде

ОХНМЖурнал прикладной химии Russian Journal of Applied Chemistry

  • ISSN (Print) 0044-4618
  • ISSN (Online) 3034-5545

АКТИВАЦИЯ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ TiFe АММИАКОМ

Вы можете
Код статьи
S30345545S0044461825030035-1
DOI
10.7868/S3034554525030035
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Фокин В. Н.
  • Должность: к.х.н.
  • Аффилиация: Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
Фурсиков П. В.
  • Должность: к.х.н.
  • Аффилиация: Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
Фокина Э. Э.
  • Аффилиация: Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
Лотоцкий М. В.
  • Должность: к.х.н.
  • Аффилиация:
    Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
    HySA Systems Centre of Competence, University of the Western Cape
Дэвидс М. В.
  • Должность: Ph.D.
  • Аффилиация: HySA Systems Centre of Competence, University of the Western Cape
Тарасов Б. П.
  • Должность: д.х.н
  • Аффилиация:
    Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
    Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Том/ Выпуск
Том 98 / Номер выпуска 3
Страницы
213-221
Аннотация
Интерметаллическое соединение TiFe является одним из классических примеров водород-аккумулирующих материалов. Однако его практическое использование в металлогидридных аккумуляторах водорода затруднено рядом факторов и прежде всего жесткими условиями активации сплава для его последующего гидрирования. Известно несколько способов решения этой задачи. В данной работе исследовано взаимодействие интерметаллида TiFe с аммиаком как гидрирующим агентом под давлением 7.5 атм в присутствии 1-3 мас% NHCl как активирующей и катализирующей добавки при температурах 200-300C с предполагаемым образованием твердого раствора водорода состава TiFeH~0.1, который является эффективным активатором гидрирования интерметаллида TiFe. Установлено, что при использовании разработанных оптимальных условий обработки TiFe аммиаком (добавка 1-3 мас% NHCl, температура реакции 200C и 8-часовая продолжительность) образуются гидридные фазы интерметаллида, которые после вакуумирования при 100-150С с последующим насыщением водородом под давлением 30 атм при комнатной температуре превращаются в дигидрид TiFeH~2. Экспериментально показано, что предварительно активированный аммиаком и хлоридом аммония TiFe может применяться в системах хранения водорода: после проведения 10-кратного процесса зарядки-разрядки водородоемкость металлогидридного аккумулятора водорода сохраняется.
Ключевые слова
хранение водорода гидриды металлов сплавы титана с железом аммиак водородсорбционные свойства активация
Дата публикации
21.05.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
40

Библиография

  1. 1. 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
  2. 2. 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 Engineering. 2024. V. 71. N 3. P. 264-279. https://doi.org/10.1134/S0040601524030030.
  3. 3. 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/10.1016/j.mlblux.2021.100061
  4. 4. Dematteis E. M., Berti N., Cuevas F., Latroche M., Baricco M. Substitutional effects in TiFe for hydrogen storage: A comprehensive review // Mater. Adv. 2021. V. 2. N 8. P. 2524-2560. https://doi.org/10.1039/D1MA00101A
  5. 5. 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. N 4. P. 537-551. https://doi.org/10.1007/s42243-022-00756-w
  6. 6. Liu H., Zhang J., Sun P., Zhou C., Liu Y., Fang Z. Z. An overview of TiFe alloys for hydrogen storage: Structure, processes, properties, and applications // J. Energy Storage. 2023. V. 68. ID 107772. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.107772
  7. 7. Meraj Alam M., Sharma P., Huot J. Effect of addition of rare earth element La on the hydrogen storage properties of TiFe alloy synthesized by mechanical alloying // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 50. P. 261-271. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.07.049
  8. 8. Reilly J. J., Wiswall R. H. Formation and properties of iron titanium hydride // Inorg. Chem. 1974. V. 13. N 1. P. 218-222.
  9. 9. Zheng W., Song W., Wu T., Wang J., He Y.-L., Lu X. G. Experimental investigation and thermodynamic modelling of the ternary Ti-Fe-Mn system for hydrogen storage applications // J. Alloys Compd. 2021. V. 891. ID 161957. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161957
  10. 10. Jung Y., Lee Y.-S., Suh J.-Y., Huh J.-Y., Cho Y. W. Tailoring the equilibrium hydrogen pressure of TiFe via vanadium substitution // J. Alloys Compd. 2021. V. 854. ID 157263. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157263
  11. 11. Park K. B., Fadonougbo J. O., Na T.-W., Lee T. W., Kim M., Lee D. H., Kwon H. G., Park C.-S., Kim Y. D., Park H.-K. On the first hydrogenation kinetics and mechanisms of a TiFeCr alloy produced by gas atomization // Mater. Charact. 2022. V. 192. ID 112188. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2022.112188
  12. 12. Zhao D., Han Z., Zhai T., Yuan Z., Qi Y., Zhang Y. Advances in activation property of hydrogen storage for TiFe-based alloy // Chin. J. Rare Met. 2020. V. 44. N 4. P. 337-351. https://doi.org/10.13373/j.cnki.cjrm.XY19120004
  13. 13. Davids M. W., Lototskyy M. Influence of oxygen introduced in TiFe-based hydride forming alloy on its morphology, structural and hydrogen sorption properties // Int. J. Hydrogen Energy. 2012. V. 37. N 23. P. 18155-18162. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.09.106
  14. 14. Lee S.-M., Perng T.-P. Effects of boron and carbon on the hydrogenation properties of TiFe and TiFe // Int. J. Hydrogen Energy. 2000. V. 25. P. 831-836. https://doi.org/10.1016/S0360-3199 (99)00107-X
  15. 15. Ha T., Lee S.-I., Hong J., Lee Y.-S., Kim D.-I., Suh J.-Y., Cho Y.W., Hwang B., Lee J., Shim J.-H. Hydrogen storage behavior and microstructural feature of a TiFe-ZrCr alloy // J. Alloys Compd. 2021. V. 853. ID 157099. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157099
  16. 16. Alam M. M., Sharma P., Huot J. On the hydrogen storage properties of cast TiFe mechanically milled with an intermetallic LaNi and rare-earth elements La and Ce // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 50. P. 727-737. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.08.100
  17. 17. Фокин В. Н., Фурсиков П. В., Фокина Э. Э., Лотоцкий М. В., Тарасов Б. П. Гидрирование TiFe в присутствии интерметаллида СеСо как активирующей добавки // ЖПХ. 2024. Т. 97. № 5. С. 410-416. https://doi.org/10.31857/S0044461824050074
  18. 18. Фокин В. Н., Фурсиков П. В., Фокина Э. Э., Лотоцкий М. В., Тарасов Б. П. Гидрирование интерметаллического соединения TiFe в присутствии твердого раствора водорода TiFeH~0.1 // ЖПХ. 2024. Т. 97. № 1. С. 37-44. https://doi.org/10.31857/S0044461824010055
  19. 19. Фокин В. Н., Фокина Э. Э., Тарасов Б. П. Исследование взаимодействия титана и его сплавов с железом с водородом и аммиаком // ЖПХ. 2019. Т. 92. № 1. С. 39-48. https://doi.org/10.1134/S0044461819010055
  20. 20. Fokin V. N., Fokina E. E., Tarasov B. P. Study of the interaction with hydrogen and ammonia of titanium and its alloys with iron // Russ. J. Appl. Chem. 2019. V. 92. N 1. P. 35-44. https://doi.org/10.1134/S1070427219010051.
  21. 21. Тарасов Б. П., Фокина Э. Э., Фокин В. Н. Синтез гидридов интерметаллических соединений // ЖОХ. 2014. Т. 84. № 2. С. 199-203. https://www.elibrary.ru/rylkon
  22. 22. Tarasov B. P., Fokina E. E., Fokin V. N. Preparation of hydrides of intermetallic compounds // Russ. J. Gen. Chem. 2014. V. 84. N 2. P. 194-197. https://doi.org/10.1134/S1070363214020054.
  23. 23. Tarasov B. P., Fokin V. N., Fokina E. E., Yartys V. A. Synthesis of hydrides by interaction of intermetallic compounds with ammonia // J. Alloys Compd. 2015. V. 645. Suppl. 1. P. S261-S266. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.01.007
  24. 24. Тарасов Б. П., Фокина Э. Э., Фокин В. Н. Диспергирование и фазовые превращения при взаимодействии с аммиаком интерметаллических соединений и сплавов Ti, Zr и Y с железом и никелем // Изв. АН. Сер. Хим. 2016. № 8. С. 1887-1892. https://www.elibrary.ru/wjkwtr
  25. 25. Tarasov B. P., Fokina E. E., Fokin V. N. Dispergation and phase transformations in interaction with ammonia of intermetallic compounds and alloys of Ti, Zr and Y with iron and nickel // Russ. Chem. Bull. 2016. V. 65. N 8. P. 1887-1892. https://doi.org/10.1007/s11172-016-1529-2.
  26. 26. Сон В. Б., Шимкус Ю. Я., Можжухин С. А., Бочарников М. С., Фокина Э. Э., Тарасов Б. П. Применение интерметаллидов (La,Ce)Ni в системах водородного аккумулирования энергии // ЖПХ. 2020. Т. 93. № 9. С. 1332-1339. https://doi.org/10.31857/S0044461820090108
  27. 27. Son V. B., Shimkus Yu. Ya., Mozhzhukhin S. A., Bocharnikov M. S., Fokina E. E., Tarasov B. P. Application of intermetallics (La,Ce)Ni5 in hydrogen energy storage systems // Russ. J. Appl. Chem. 2020. V. 93. N 9. P. 1380-1386. https://doi.org/10.1134/S1070427220090104.
  28. 28. Toby B. H. CMPR - a powder diffraction toolkit // J. Appl. Crystallogr. 2005. V. 38. P. 1040-1041. https://doi.org/10.1107/S0021889805030232
  29. 29. Stuwe H. P., Shimomura Y. Gitterkonstanten der kubisch raumzentrierten Phasen FeTi // Z. Metallkd. 1960. Bd 51. S.180-181. https://doi.org/10.1515/ijmr-1960-510308
  30. 30. Фокин В. Н., Фокина Э. Э., Коробов И. И., Тарасов Б. П. Фазовые превращения в системах TiFe-H и TiFe-NH // ЖНХ. 2016. Т. 61. № 7. С. 931-935. https://doi.org/10.7868/S0044457S16070047
  31. 31. Fokin V. N., Fokina E. E., Korobov I. I., Tarasov B. P. Phase transformation in the systems Ti2Fe-H2 and Ti2Fe-NH3 // Russ. J. Inorg. Chem. 2016. V. 61. N 7. P. 891-895. https://doi.org/10.1134/S0036023616070044.
  32. 32. Schwab E., Wicke E. Nitrogen absorption by the intermetallic compound TiFe and catalytic activity in ammonia synthesis // Z. Phys. Chem. N.F. 1980. V. 122. P. 217-224. https://doi.org/10.1524/zpch.1980.122.2.217
  33. 33. Busch G., Schlapbach L., Stucki F., Fischer P., Andresen A. F. Hydrogen storage in FeTi: Surface segregation and its catalytic effect on hydrogenation and structural studies by means of neutron diffraction // Int. J. Hydrogen Energy. 1979. V. 4. P. 29-39. https://doi.org/10.1016/0360-3199 (79)90127-7
  34. 34. Reidinger F., Lynch J. F., Reilly J. J. An X-ray diffraction examination of the FeTi-H system // J. Phys. F: Met. Phys. 1982. V. 12. P. L49-L55. https://doi.org/10.1088/0305-4608/12/3/007
  35. 35. Williams M., Lototsky M. V., Davids M. W., Linkov V., Yartys V. A., Solberg J. K. Chemical surface modification for the improvement of the hydrogenation kinetics and poisoning resistance of TiFe // J. Alloys Comp. 2011. V. 509. Suppl. 2. P. S770-S774. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.11.063
  36. 36. Breñosa A. G., Rodríguez F., Moreno M. Phase transition temperatures and thermal hysteresis in NHClBr (x ≤ 0.05) crystals determined through charge transfer spectra of Cu(II) centres // Solid State Commun. 1993. V. 85. P. 135-140. https://doi.org/10.1016/0038-1098 (93)90362-Q
  37. 37. Numakura H., Koiwa M. Hydride precipitation in titanium // Acta Metal. 1984. V. 32. P. 1799-1807. https://doi.org/10.1016/0001-6160 (84)90236-0
  38. 38. Fischer P., Schefer J., Yvon K., Schlapbach L., Riesterer T. Orthorhombic structure of γ-TiFeD≈2 // J. Less-Common Met. 1987. V. 129. P. 39-45. https://doi.org/10.1016/0022-5088 (87)90031-2
  39. 39. Korenev V. V., Tomin V. P., Zhdaneev O. V., Kapustin V. M. Phase equilibriums of ammonium chloride systems as model hydrogenolysis products of organochlorine compounds under naphtha hydrotreating conditions // Petrol. Chem. 2022. V. 62. N 4. P. 376-382. https://doi.org/10.1134/S0965544122020177
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека