1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 58, № 11, 2022

Неорганические материалы, 2022, T. 58, № 11, стр. 1163-1169

Гидрирование магния в присутствии интерметаллического соединения Mg2Ni

В. Н. Фокин 1, *, П. В. Фурсиков 1, Э. Э. Фокина 1, Б. П. Тарасов 1

1 Институт проблем химической физики Российской академии наук
142432 Московская обл., Черноголовка, пр. Академика Семенова, 1, Россия

* E-mail: fvn@icp.ac.ru

Поступила в редакцию 20.04.2022
После доработки 05.06.2022
Принята к публикации 06.06.2022

Аннотация

Как один из вероятных путей оптимизации условий гидрирования магния – перспективного материала для систем хранения водорода – исследована возможность взаимодействия с высокочистым водородом под давлением 30–35 атм механической смеси 200-микронных порошков магния с 10–50 мас. % интерметаллического соединения Mg2Ni при различных температурах (300–390°C) без предварительной активации смеси высокоэнергетической обработкой. Установлено, что при добавке к магнию 20 мас. % Mg2Ni его гидрирование осуществляется при температуре 370–380°C на 95–96%. Экспериментально показано, что такая смесь при использовании в качестве рабочего вещества в высокотемпературных металлогидридных аккумуляторах водорода многократного действия выделяет при температурах 220–450°C более 6.5 мас. % водорода высокой чистоты для использования в мелкомасштабных и лабораторных работах.

Ключевые слова: магний, интерметаллическое соединение, водород, гидрид, металлогидридный водородный аккумулятор

Список литературы

  1. Hirscher M., Yartys V.A., Baricco M. et al. Materials for Hydrogen-Based Energy Storage – Past, Recent Progress and Future Outlook // J. Alloys Compd. 2020. V. 827. Article 153548. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153548

  2. Baran A., Polański M. Magnesium-Based Materials for Hydrogen Storage – A Scope Review // Materials. 2020. V. 13. № 18. Article 3993. https://doi.org/10.3390/ma13183993

  3. Hitam C.N.C., Aziz M.A.A., Ruhaimi A.H., Taib M.R. Magnesium-Based Alloys for Solid-State Hydrogen Storage Applications: A Review // Int. J. Hydrogen Energy. V. 46. P. 31067–31083. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.03.153

  4. Yartys V.A., Lototskyy M.V., Akiba E. et al. Magnesium Based Materials for Hydrogen Based Energy Storage: Past, Present and Future // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 15. P. 7809–7859. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.12.212

  5. Ouyang L., Chen K., Jiang J. et al. Hydrogen Storage in Light-Metal Based Systems: A Review // J. Alloys Compd. 2020. V. 829. Article 154597. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154597

  6. Ouyang L., Liu F., Wang H. et al. Magnesium-Based Hydrogen Storage Compounds: A Review // J. Alloys Compd. 2020. V. 832. Article 154865. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154865

  7. Sun Y., Shen C., Lai Q. et al. Tailoring Magnesium Based Materials for Hydrogen Storage through Synthesis: Current State of the Art // Energy Storage Mater. 2018. V. 10. P. 168–198. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2017.01.010

  8. Тарасов Б.П., Можжухин С.А., Арбузов А.А. и др. Особенности гидрирования магния с Ni-графеновым покрытием // Журн. физ. химии. 2020. Т. 94. № 5. С. 772–777. https://doi.org/10.31857/S0044453720050234

  9. Tarasov B.P., Arbuzov A.A., Mozhzhuhin S.A. et al. Hydrogen Storage Behavior of Magnesium Catalyzed by Nickel-Graphene Nanocomposites // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 55. P. 29212–29223. https://doi.org/doi 10.1016/j.ijhydene.2019.02.033

  10. Надольский Д.С., Зиннатуллина Л.Р., Медведева Н.А. Водородаккумулирующие материалы // Вестн. Пермского ун-та. Сер. Химия. 2019. Т. 9. Вып. 2. С. 106–125. https://doi.org/10.17072/2223-1838-2019-2-106-125

  11. Fu Y., Groll M., Mertz R., Kulenovic R. Effect of LaNi5 and Additional Catalysts on Hydrogen Storage Properties of Mg // J. Alloys Compd. 2008. V. 460. P. 607–613. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.06.008

  12. Zhou C., Fang Z.Z., Ren C. et al. Effect of Ti Intermetallic Catalysts on Hydrogen Storage Properties of Magnesium Hydride // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. P. 12973–12980. https://doi.org/10.1021/jp402770p

  13. Antiqueira F.J., Leiva D.R., Zepon G., Botta W.J. Room Temperature Conversion of Mg to MgH2 Assisted by Low Fractions of Additives // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 1. P. 470–489. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.10.047

  14. El-Eskandarany M.S., Shaban E., Al-Matrouk H. et al. Structure, Morphology and Hydrogen Storage Kinetics of Nanocomposite MgH2/10 wt % ZrNi5 Powders // Mater. Today Energy. 2017. V. 3. P. 60–71. https://doi.org/10.1016/j.mtener.2016.12.002

  15. El-Eskandarany M.S., Al-Ajmi F., Banyan M., Al-Duweesh A. Synergetic Effect of Reactive Ball Milling and Cold Pressing on Enhancing the Hydrogen Storage Behavior of Nanocomposite MgH2/10 wt % TiMn2 Binary System // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. P. 26428–26443. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.08.093

  16. Pang Y., Yuan T., Yang J. et al. In situ Formation of Al3Ti, MgF2 and Al and Their Superior Synergetic Effects on Reversible Hydrogen Storage of MgH2// Catal. Today. 2018. V. 318. P. 107–112. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2017.10.035

  17. Фокин В.Н., Фокина Э.Э., Можжухин С.А., Тарасов Б.П. Водородное и аммиачное гидрирование эвтектического сплава системы Mg–Ni // Междунар. научн. журн. “Альтернативная энергетика и экология”. 2016. № 09–10. С. 58–65. https://doi.org/10.15518/isjaee.2016.09-10.058-065

  18. Chen Y., Dai J., Song Y. Stability and Hydrogen Adsorption Properties of Mg/Mg2Ni Interface: A First Principles Study // Int. J. Hydrogen Energy. 2018. V. 43. № 34. P. 16598–16608. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.07.031

  19. Бузанов Г.А., Симоненко Н.П., Мальцева Н.Н. и др. Получение и свойства механокомпозитов MgH2 с двухфазной смесью Mg2NiH0.3 + Mg2NiH4–δ // Журн. неорган. химии. 2018. Т. 63. № 12. С. 1517–1521. https://doi.org/10.1134/S0044457X181005X

  20. Fadonougbo J.O., Kim H.-J., Suh B.-C. et al. Kinetics and Thermodynamics of Near Eutectic Mg–Mg2Ni Composites Produced by Casting Process // Int. J. Hydrogen Energy. 2020. V. 45. № 53. P. 29009–29022. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.07.181

  21. Клямкин С.Н. Металлогидридные композиции на основе магния как материалы для аккумулирования водорода // Рос. хим. журн. 2006. Т. L. № 6. С. 49–55.

  22. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник / Под общ. ред. Лякишева Н.П. Т. 3. Кн. 1. М.: Машиностроение, 2001. 872 с.

  23. Song M.Y., Park H.R. Pressure–Composition Isotherms in the Mg2Ni–H2 System // J. Alloys Compd. 1998. V. 270. P. 164–167.

  24. Blomqvist H., Noréus D. Mechanically Reversible Conductor-Insulator Transition in Mg2NiH4 // J. Appl. Phys. 2002. V. 91. № 8. P. 5141–5148. https://doi.org/10.1063/1.1461069

  25. Hayashi Sh., Hayamizu K., Yamamoto O. The Relation between the Hydrogen Motion and the Phase Transition in the β Phase of the Mg2NiHx System // J. Chem. Phys. 1983. V. 79. № 11. P. 5572–5578. https://doi.org/10.1063/1.445677

  26. Zaluska A., Zaluki L., Strőm-Olsen J.O. Structure, Catalysis and Atomic Reactions on the Nano-Scale: A Systematic Approach to Metal Hydrides for Hydrogen Storage // Appl. Phys. A. 2001. V. 72. P. 157–165. https://doi.org/10.1007/s003390100783

  27. Montone A., Grbovic Novakovic J., Vittori Antisari M. et al. Nano-Micro MgH2–Mg2NiH4 Composites: Tayloring a Multichannel System with Selected Hydrogen Sorption Properties // Int. J. Hydrogen Energy. 2007. V. 32. P. 2926–2934. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2006.12.021

  28. Tarasov B.P. Metal-Hydride Accumulators and Generators of Hydrogen for Feeding Fuel Cells // Int. J. Hydrogen Energy. 2011. V. 36. № 1. P. 1196–1199. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.07.002

  29. Фокин В.Н., Фокина Э.Э., Тарасов Б.П. Гидрирование Mg2Ni аммиаком // Неорган. материалы. 2009. Т. 45. № 8. С. 926–929.

  30. Zhang J., Yao L., Zhu Y. et al. An Exciting Synergistic Effect: Realizing Large-Sized MgH2 Dehydrogenation at Lowered Temperatures by Locally Assembling a Heterophase Composite // Mater. Today Energy. 2019. V. 14. Article 100345. https://doi.org/10.1016/j.mtener.2019.100345

  31. Фокин В.Н., Фокина Э.Э., Тарасов Б.П. Исследование взаимодействия титана и его сплавов с железом с водородом и аммиаком // Журн. прикл. химии. 2019. Т. 92. № 1. С. 39–48. https://doi.org/10.1134/S0044461819010055

  32. Фурсиков П.В., Слепцова А.М., Можжухин С.А. и др. Фазовый состав и микроструктура сорбирующих водород композитов эвтектического сплава Mg–Ni с графеноподобным материалом // Журн. физ. химии. 2020. Т. 94. № 5. С. 789–795. https://doi.org/10.31857/S0044453720050076

  33. Genossar J., Rudman P.S. Structural Transformation in Mg2NiH4 // J. Phys. Chem. Solids. 1981. V. 42. № 7. P. 611–616. https://doi.org/10.1016/0022-3697(81)90111-6

  34. Noréus D., Werner P.-E. Structural Studies of Hexagonal Mg2NiHx // Acta Chem. Scand. A. 1982. V. 36. P. 847–851.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал