Сплавы для никель-металлгидридных аккумуляторов и накопителей водорода

Способность сплавов типа LaNi5 обратимо поглощать большие количества водорода известна с конца 1960-х гг. [46]. С этим явлением мы сталкивались ранее при обсуждении метода HDDR. Благодаря тому, что водород в соединении LaNi5H6 связан химически в кристаллической решетке гидрида, его объемная плотность даже выше, чем в жидком водороде. К достоинствам такого способа хранения и использования водорода относятся также: работа при комнатной температуре; хранение водорода при низком давлении; сравнимость весовых характеристик со сжатым газом. Единственный недостаток — довольно высокая цена сплава, сопоставимая

с альтернативным накопителем водорода — FeTi. Гистерезис цикла адсорбция/десорбция у сплавов системы LaNi5—Н мал, кинетика прямого и обратного процесса быстрая. В предельном насыщении сплав увеличивается в объеме на 25 %, десорбция водорода с приемлемой скоростью завершается при 150 °С [2].

Для указанного применения сплав может быть изготовлен дуговой плавкой компонентов чистотой не ниже 99,5 мае. % [47]. Для последующего легирования заместителями лантана хрупкий интер- металлид размалывали на воздухе до крупности 0,75—3 мм. Лантан и его заместители — Се, Nd и Рг чище 99 %, и никель 99,95 мае. % заранее переплавляли в дуговой печи, компоненты, смешанные в стехиометрическом отношении переплавляли пять раз для повышения гомогенности.

Сплавы для электродов никель-металлгидридных аккумуляторов (NiMH) готовят из исходных компонентов дуговой или индукционной плавкой, в редких случаях — с применением метода быстрого затвердевания. Сведения об использовании при синтезе восстановительных методов в литературе отсутствуют, за исключением единственного довольно сложного метода получения сплава MMNi5 [2]. При работе с такими сплавами проблемой остается их сильное диспергирование в процессе последовательной адсорбции/десорбции водорода и плохая теплопроводность. Для преодоления этих трудностей предложено микрокапсулирование порошка химическим меднением [48]. Тонкая пленка меди на спрессованных в таблетки частицах сплава не препятствовала взаимодействию его с водородом и обеспечивала хорошую теплопроводность. С этой целью выплавленные сплавы никеля с лантаном или мишметаллом до десяти раз подвергали циклическому гидрированию/дегидрированию и отсеивали на воздухе фракцию крупнее 20 мкм. Мелкую фракцию активировали последовательно в водных растворах SnCl2 + НС1 и PdCl2 + НС1, а затем погружали в водный раствор медно-винно- кислого комплекса для образования микронного медного покрытия. Таблетки из такого порошка прессовали при комнатной температуре при 100 МПа и реактивировали в вакууме, а затем при 100 °С под давлением водорода в 10 атм. Приготовленные таким образом таблетки выдерживали более 5000 циклов гидрирования/дегидри- рования без разрушения.

Сплавы для водородных компрессоров

Недавно обнаружено новое поле применения сплавов LaNi5 и производных от них с частичной заменой лантана на церий — ги- дридные компрессоры. Было показано, что равновесное давление водорода над сплавом растет по мере увеличения содержания церия [49]. Последовательно замещая долю лантана в сплавах, полученных индукционной плавкой компонентов, на 0,2; 0,3; 0,4 и 0,5

церия, авторы смогли в интервале температур 20—80 °С поднять равновесное давление водорода над полученными образцами в 21 раз с 0,2 до 4,2 МПа. Открытое явление ждет дальнейшего изучения и практического применения.

Сплавы для электродов аккумуляторов

В этом качестве редко используют двухкомпонентные сплавы типа LaNi5. Высокая емкость по водороду (7,6 мае. %), доступность и низкая плотность (1,74 г/см3) делают магний в форме интерме- таллидов с лантаном и никелем хорошим кандидатом на применение в качестве накопителей водорода. Соединение La2Mg17 даже превосходит LaNi5 по некоторым показателям в цикле адсорбция/ десорбция водорода, однако, рабочий температурный интервал остается слишком высоким для практического использования даже при частичной замене магния на никель и другие легирующие компоненты [2]. Для приготовления сплавов такого типа, например, LaMg8 522 2зМ015 (М = Ni, Си, Сг) чаще всего используют индукционную плавку с применением достаточно чистых металлов и последующий отжиг слитка [50].

Известно, что легирование кобальтом сдерживает дезинтеграцию применяемых в аккумуляторах сплавов, однако, его высокая стоимость стимулирует поиски альтернативных более экономичных путей и разработку составов без кобальта и с мишметаллом вместо лантана. Так, в качестве отрицательного электрода NiMH аккумуляторов был опробован и показал свою перспективность сплав RE0 9Mg01Ni3 9Al0 2, который в сравнении с традиционно применяемыми сплавами типа АВ5 обладает более продолжительным жизненным циклом, высокими энергетическими показателями и низкой стоимостью [51].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >