RU2793680C1 - Method for obtaining material for absorption and desorption of hydrogen - Google Patents
Method for obtaining material for absorption and desorption of hydrogen Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793680C1 RU2793680C1 RU2022132313A RU2022132313A RU2793680C1 RU 2793680 C1 RU2793680 C1 RU 2793680C1 RU 2022132313 A RU2022132313 A RU 2022132313A RU 2022132313 A RU2022132313 A RU 2022132313A RU 2793680 C1 RU2793680 C1 RU 2793680C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- titanium
- absorption
- desorption
- iron
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению материалов на основе титана, используемых для абсорбции и десорбции водорода, с целью применения его в энергетических устройствах, потребляющих водород, и химических процессах.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of titanium-based materials used for the absorption and desorption of hydrogen, in order to use it in energy devices that consume hydrogen and chemical processes.
Перспективным аккумулятором и источником водорода среди сплавов на основе титана является интерметаллид TiFe, характеризующийся доступностью и низкой стоимостью.A promising battery and source of hydrogen among titanium-based alloys is TiFe intermetallic compound, which is characterized by availability and low cost.
Известен способ получения сплавов накопителей водорода [патент RU 2532788, МПК B22F 3/11, C22C 1/08, опубл. 10.11.2014] путем механической активации порошка металлического соединения и обработке порошка в реакторе при температуре 100-500°С с последующим прессованием в объемные образцы при давлении не менее 500 МПа, и отжиге в вакууме при температуре 0,3-0,5 температуры плавления интерметаллида.A known method of obtaining hydrogen storage alloys [patent RU 2532788,
Однако для достижения начала гидрирования без активации, данный метод предполагает наличие в образце большого количества дефектов и пористого состояния.However, to achieve the onset of hydrogenation without activation, this method assumes the presence of a large number of defects and a porous state in the sample.
Наиболее близким является способ получения интерметаллида [Park K. B. et al. Characterization of microstructure and surface oxide of Ti1,2Fe hydrogen storage alloy //International Journal of Hydrogen Energy. - 2021. - Т. 46. - №. 24. - С. 13082-13087], состав которого описывается формулой Ti1,2Fe. Сплав Ti1,2Fe содержит 54,55 мас.% титана, остальное - железо. Фазовый состав сплава TiFe, Ti2Fe (2,8 мас.%) и β-Ti (мас. 5,4%). Содержание в сплаве фаз богатых титаном значительно улучшило кинетику поглощения водорода в сравнении с TiFe, обеспечило протекание процесса сорбции без активации, а повысило сорбционную ёмкость водорода. Сплав получали посредством вакуумно-дуговой плавки с использованием медного тигля и водяного охлаждения, для достижения однородности слиток нагревали и охлаждали 5 раз с последующим гомогенизационным отжигом в вакууме при температуре 1200°С в течение 10 часов.The closest is the way to obtain intermetallic [Park KB et al. Characterization of microstructure and surface oxide of Ti 1,2 Fe hydrogen storage alloy // International Journal of Hydrogen Energy. - 2021. - T. 46. - No. 24. - S. 13082-13087], the composition of which is described by the formula Ti 1,2 Fe. Alloy Ti 1,2 Fe contains 54.55 wt.% titanium, the rest is iron. The phase composition of the alloy TiFe, Ti 2 Fe (2.8 wt.%) and β -Ti (wt. 5.4%). The content of phases rich in titanium in the alloy significantly improved the kinetics of hydrogen absorption in comparison with TiFe, ensured the sorption process without activation, and increased the sorption capacity of hydrogen. The alloy was obtained by vacuum arc melting using a copper crucible and water cooling, to achieve uniformity, the ingot was heated and cooled 5 times, followed by vacuum homogenization annealing at a temperature of 1200°C for 10 hours.
Недостатком способа является длительная и энергозатратная технология получения, а также не достаточно высокая сорбционная способность интерметаллида.The disadvantage of this method is the long and energy-consuming production technology, as well as the insufficiently high sorption capacity of the intermetallic compound.
Задачей является разработка нового способа получения материала для абсорбции и десорбции водорода, позволяющего повысить в составе фаз Ti2Fe и β-Ti.The task is to develop a new method for obtaining a material for the absorption and desorption of hydrogen, which makes it possible to increase Ti 2 Fe and β -Ti in the composition of the phases.
Техническим результатом является повышение водород-сорбционных свойств интерметаллида.The technical result is to increase the hydrogen-sorption properties of the intermetallic compound.
Технический результат достигается в способе получения материала для абсорбции и десорбции водорода с использованием смеси порошков железа и титана и высокотемпературной обработки, при этом смесь порошков одной фракции 57-68 ат.% титана и 42-32 ат.% железа размещают на поверхности стальной подложки и подвергают прессованию при помощи взрывного нагружения, прессованный материал в присутствии порошка титана, взятого в объемном отношении к прессованному материалу равном 1:1, подвергают реакционному спеканию в заваренной стальной ампуле при нагреве до 1100°С с последующим охлаждением до температуры 22-25°С.The technical result is achieved in a method for obtaining a material for the absorption and desorption of hydrogen using a mixture of powders of iron and titanium and high-temperature processing, while the mixture of powders of one fraction of 57-68 at.% titanium and 42-32 at.% iron is placed on the surface of the steel substrate and subjected to pressing using explosive loading, the pressed material in the presence of titanium powder, taken in a volume ratio to the pressed material equal to 1:1, is subjected to reaction sintering in a welded steel ampoule when heated to 1100°C, followed by cooling to a temperature of 22-25°C.
Сущность способа заключается в взрывном прессовании исходной смеси порошков титана и железа одной фракции и последующей термической обработке полученного прессованного материала с дополнительной порцией порошка титана.The essence of the method consists in explosive pressing of the initial mixture of titanium and iron powders of one fraction and subsequent heat treatment of the resulting pressed material with an additional portion of titanium powder.
Использование взрывного нагружения, приводит к совмещению прессования и активации порошкового материала перед последующим термическим воздействием, что ускоряет процессы диффузии. Заявленный режим термической обработки и оптимальный исходный состав титана и железа позволяет получить наиболее эффективный фазовый состав материала, обеспечивающий повышенные водород-сорбционные свойства.The use of explosive loading leads to the combination of pressing and activation of the powder material before subsequent thermal exposure, which accelerates the diffusion processes. The declared mode of heat treatment and the optimal initial composition of titanium and iron makes it possible to obtain the most effective phase composition of the material, which provides enhanced hydrogen sorption properties.
На фиг. 1 показана схема взрывного нагружения, при которой на стальную подложку 1 (стальное основание) размещают порошковый материал 2, состоящий из смеси порошков одной (одинаковой) фракции титана по ТУ 14-22-57-92 и железа по ГОСТ 9849-86 (толщина размещенного слоя составляет 7 мм), устанавливают поверх него поршень 3 толщиной 1 мм с зарядом 4 взрывчатого вещества (ВВ) из аммонита (6ЖВ) (высота заряда ВВ определяется из условия обеспечения в процессе взрывного нагружения одинаковой температуры разогрева прессуемых материалов), детонатором 5 и детонирующим шнуром 6. Вся схема для взрывного нагружения установлена на песчаной подушке 7.In FIG. 1 shows a diagram of explosive loading, in which a
После взрыва детонатора, происходит инициирование заряда взрывчатого вещества, под действием взрыва которого формируется нормально падающая детонационная волна обеспечивает уплотнение смеси до практически беспористого состояния. Образующийся в результате прессованный материал подвергают реакционному спеканию в заваренной стальной ампуле при нагреве до 1100°С с последующим охлаждением до температуры 22-25°С. Спекание осуществляют в присутствии порошка титана, взятого в объемном отношении к прессованному материалу равном 1:1. Дополнительный объем порошка титана позволяет минимизировать взаимодействие спекаемых образцов с атмосферой ампулы.After the explosion of the detonator, an explosive charge is initiated, under the action of which a normally incident detonation wave is formed, which ensures the compaction of the mixture to an almost pore-free state. The resulting pressed material is subjected to reaction sintering in a welded steel ampoule when heated to 1100°C, followed by cooling to a temperature of 22-25°C. Sintering is carried out in the presence of titanium powder, taken in a volume ratio to the pressed material equal to 1:1. An additional volume of titanium powder makes it possible to minimize the interaction of sintered samples with the ampoule atmosphere.
На фиг. 2 показана микроструктура и фазовый состав полученного сплава.In FIG. 2 shows the microstructure and phase composition of the obtained alloy.
Водород-сорбционные свойства полученных образцов определяли электрохимическим методом. Образцы полученных заявленным способом материалов помещались в электрохимическую ячейку для проведения электролиза.The hydrogen sorption properties of the obtained samples were determined by the electrochemical method. Samples obtained by the claimed method of materials were placed in an electrochemical cell for electrolysis.
Гидрирование проводили при температуре 20°C и атмосферном давлении. Измерения осуществляли в трехэлектродной ячейке с 9 M водным раствором КОН в качестве электролита, Ni(OH)2/NiOOH-противоэлектродом и Hg/HgO-электродом сравнения на потенциостате Electrochemical Instruments P-40X. Потенциал насыщения устанавливался максимально возможным в пределах ограничений, связанных с экспериментально определенным началом выделения на электроде газообразного водорода (-1,25 В для материала с 57 ат.% Ti и -1,175 В для материала с 68 ат.% Ti), время испытания составляло 100 минут.Hydrogenation was carried out at a temperature of 20°C and atmospheric pressure. The measurements were carried out in a three-electrode cell with a 9 M aqueous KOH solution as an electrolyte, a Ni(OH) 2 /NiOOH counter electrode, and an Hg/HgO reference electrode on an Electrochemical Instruments P-40X potentiostat. The saturation potential was set as high as possible within the limits associated with the experimentally determined onset of hydrogen gas evolution on the electrode (-1.25 V for a material with 57 at.% Ti and -1.175 V for a material with 68 at.% Ti), the test time was 100 minutes.
В таблице 1 представлены соотношения порошков титана и железа в составе порошкового материала (изначальное соотношение порошков). Table 1 shows the ratio of titanium and iron powders in the composition of the powder material (the initial ratio of powders).
мас.%The composition of the material
wt%
Образец 1 представляет собой материал, полученный по заявленному способу с химическим составом по прототипу.
Фазовые составы и сорбционные свойства полученных образцов представлены в таблице 2.The phase compositions and sorption properties of the obtained samples are presented in Table 2.
Из приведенных данных видно, что в состав материала входит титан с примесями азота и углерода Ti(N,C,O), полученные из атмосферы при термообработке и химического состава используемых порошков. It can be seen from the given data that the material contains titanium with impurities of nitrogen and carbon Ti(N,C,O) obtained from the atmosphere during heat treatment and the chemical composition of the powders used.
Таким образом, способ получения материала для абсорбции и десорбции водорода, при котором смесь порошков одной фракции 57-68 ат.% титана и 42-32 ат.% железа размещают на поверхности стальной подложки и подвергают прессованию при помощи взрывного нагружения, прессованный материал в присутствии порошка титана, взятого в объемном отношении к прессованному материалу равном 1:1, подвергают реакционному спеканию в заваренной стальной ампуле при нагреве до 1100°С с последующим охлаждением до температуры 22-25°С, обеспечивает получение интерметаллидов с повышенными водород-сорбционными свойствами.Thus, a method for obtaining a material for the absorption and desorption of hydrogen, in which a mixture of powders of one fraction of 57-68 at.% titanium and 42-32 at.% iron is placed on the surface of a steel substrate and subjected to pressing using explosive loading, the pressed material in the presence of titanium powder, taken in a volume ratio to the pressed material equal to 1:1, is subjected to reaction sintering in a welded steel ampoule when heated to 1100°C, followed by cooling to a temperature of 22-25°C, which ensures the production of intermetallic compounds with increased hydrogen sorption properties.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2793680C1 true RU2793680C1 (en) | 2023-04-04 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1009853A (en) * | 1962-12-11 | 1965-11-17 | Du Pont | Powder compacting process |
RU2002579C1 (en) * | 1991-07-02 | 1993-11-15 | Волгоградский Политехнический Институт | Powder blast pressing method |
RU2218241C2 (en) * | 2001-05-28 | 2003-12-10 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Method for making compact high density material of nanometric powder |
EP1849551A3 (en) * | 2006-04-28 | 2009-09-09 | Admedes Schuessler GmbH | Method for processing materials, including introducing an explosive based on porous silicium onto or in the material |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1009853A (en) * | 1962-12-11 | 1965-11-17 | Du Pont | Powder compacting process |
RU2002579C1 (en) * | 1991-07-02 | 1993-11-15 | Волгоградский Политехнический Институт | Powder blast pressing method |
RU2218241C2 (en) * | 2001-05-28 | 2003-12-10 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Method for making compact high density material of nanometric powder |
EP1849551A3 (en) * | 2006-04-28 | 2009-09-09 | Admedes Schuessler GmbH | Method for processing materials, including introducing an explosive based on porous silicium onto or in the material |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Park K. B. et al. Characterization of microstructure and surface oxide of Ti1,2Fe hydrogen storage alloy. International Journal of Hydrogen Energy, 2021, N 46, p. 13082-13087. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DK174510B1 (en) | A method of activating a hydrogen storage electrode as well as such an electrode | |
RU2246376C2 (en) | Nitrated valve metals and methods for producing such metals | |
FR2611368A1 (en) | METHOD OF DESOXYDING A MATERIAL OF TANTALE | |
JPH0394032A (en) | Micro and nanoporous metal structure | |
JP4513520B2 (en) | Titanium alloy sponge sintered body with excellent compressive strength | |
US3359099A (en) | Method of producing a porous electrode material | |
RU2793680C1 (en) | Method for obtaining material for absorption and desorption of hydrogen | |
JP2004510889A (en) | Chromium purification method | |
Zhang et al. | Bulk monolithic electrodes enabled by surface mechanical attrition treatment-facilitated dealloying | |
JPS60185362A (en) | Manufacture of hydrogen storage electrode | |
KR100195076B1 (en) | Method manufactring anode for mcfc | |
EP2939761B1 (en) | Production method for a niobium granulated product, production method for a sintered body, production method for a chemical conversion body for nobium capacitor positive electrode and production method for a capacitor | |
US20020114725A1 (en) | Palladium-boron alloys and methods for making and using such alloys | |
Jung et al. | The activation mechanism of Zr-based alloy electrodes | |
RU2414331C2 (en) | Method of producing powder of nonstoichiometric titanium hydride with preset hydrogen content | |
RU2623566C1 (en) | Method of manufacture of sintered porous products from tungsten-based pseudoalloy | |
US7381368B2 (en) | Palladium-boron alloys and methods for making and using such alloys | |
CN114086111A (en) | High-temperature-resistant iridium oxide and hafnium oxide composite material and preparation method thereof | |
RU2535104C1 (en) | METHOD OF SYNTHESIS OF NdNi5 INTERMETALLIC COMPOUND POWDER IN MOLTEN SALTS | |
JP2013199686A (en) | Method of manufacturing metallic porous body | |
RU2525882C2 (en) | Copper-based nanostructured electric contact composite and method of its production | |
CN112974812A (en) | High-combustion low-sensitivity rare earth alloy hydride material and preparation method thereof | |
RU2358837C2 (en) | Method of producing composite material with 3d-nanostructure | |
RU2447177C1 (en) | Method of producing modifying agent for nickel alloys | |
US3458358A (en) | Fuel cell electrode |