Дослідження процесів утворення та накопичення водню сплавами типу AB5 при контактному заряді з цинковим електродом

Abstract

Метою даної роботи було визначення оптимального складу водень-сорбуючого сплаву типу AB5 для ефективного утворення та акумулювання водню при контактному заряді з цинковим анодом. Структуру та фазовий склад сплавів, отриманих аргонно-дуговою плавкою, досліджували рентгенофазовим аналізом. Для проведення електрохімічних досліджень виготовляли композитні електроди із суміші порошку сплаву (d < 40 мкм) та міді (чистотою 99,9%) у співвідношенні 1 до 3. Електрохімічні характеристики досліджували методами вольтамперометрії, хронопотенціо- та хроноамперометрі у стандартній трьохелектродній комірці з Pt (або Zn) протиелектродом та ртутно-оксидним (Hg/HgO) електродом порівняння. Ємність сплавів за воднем досліджували методом гальваностатичного циклювання струмом 100 мА·г-1. Проведений порівняльний аналіз ефективності контактного заряду електродів із водень-сорбуючих сплавів типу AB5 у парі з Zn-анодом. В першу чергу досліджена принципова можливість та ефективність заряду таким способом електроду, виготовленого із вихідного сплаву LaNi5. Показано, що для сплаву LaNi5-xMx ( де М – Сo, Al, Mn) електрохімічні та сорбційні властивості суттєво залежать від природи та вмісту замісника. За результатами досліджень отримано багатокомпонентних сплав MmNi3.6Co0.7Mn0.3Al0.4 та показано, що він володіє гарними властивостями і може бути використаний для контактного отримання водню. Вперше використано метод контактного заряду (внутрішнього електролізу) для отримання на накопичення водню інтерметалічними сплавами типу AB5. Показана залежність складу сплаву на ефективність такого методу заряду. Запропоновано новий метод отримання і акумулювання водню, що не потребує джерела електричного струму. Такий метод може бути використаний для резервного або аварійного заряду нікель-метал-гідридних акумуляторів. Висока чистота отриманого водню дозволяє використовувати його для паливних елементів або хімічного синтезу.

Целью данной работы было определение оптимального состава водород-сорбирующего сплава типа АB5 для эффективного образования и аккумулирования водорода при контактом заряде с цинковым анодом. Структура и фазовый состав сплавов, полученных аргонно-дуговою плавкою, исследовали рентгенофазовым анализом. Для проведения электрохимических исследований изготовляли композитные электроды из смеси порошка сплава(d < 40 мкм) и меди (чистотой 99,9%) в соотношении 1 к 3. Электрохимические характеристики исследовали методами вольтамперометрии, хронопотенцио- и хроноамперометрии в стандартной трехелектродной ячейке с Pt (или Zn) противоэлектродом и ртутно-оксидным (Hg/HgO) электродом сравнения.. Емкость сплавов по водороду исследовали методом гальваностатического циклирования током 100 мА·г-1. Проведен сравнительный анализ эффективности контактного заряда электродов из водородсорбирующих сплавов типа AB5 в паре с Zn-анодом. В первую очередь исследована принципиальная возможность и эффективность заряда таким способ электрода, изготовленного используя исходных сплав LaNi5 Показано, что для сплавов LaNi5-xMx ( где М – Сo, Al, Mn) электрохимические и сорбционные свойства существенно зависят от природы и количества заместителя. По результатам исследований получено многокомпонентный сплав MmNi3.6Co0.7Mn0.3Al0.4 и показано, что он обладает хорошими способностями и может быть использован для контактного получения водорода. Впервые использовано метод контактного заряда (внутреннего электролиза) для получения и накопления водорода интерметаллическими сплавами типа AB5. Показана зависимость состава сплава на эффективность такого метода заряда. Предложен новый метод получения и аккумулирования водорода, который не требует источника электрического тока. Такой метод может быть использован для резевного или аварийного заряда никель-металлгидридных аккумуляторов. Высокая чистота получаемого водорода позволяет использовать его для топливных элементов или химического синтеза.

The purpose of the work was to determine the optimal composition of hydrogen storage alloy AB5-type for the efficient hydrogen production and accumulation upon the contact charge with a zinc anode. The structure and phase composition of the alloys, which were obtained using argon arc melting, were studied using x-ray phase analysis. To conduct electrochemical studies, composite electrodes were made from a mixture of alloy powder (d <40 μm) and copper (99.9% purity) in a ratio of 1 to 3. Electrochemical properties were studied using voltammetry, chronopotentiometry and chronoamperometry in a standard three-electrode cell with a Pt (or Zn) counter electrode and a mercury oxide (Hg / HgO) reference electrode . Hydrogen capacity of the alloys was examined by galvanostatic cycling using 100 mA·h-1 current. A comparative analysis of the contact charge efficiency of electrodes made of hydrogen-absorbing alloys of AB5 alloys paired with a Zn anode was carried out. First of all, we investigated the fundamental possibility and efficiency of a charge in this way of an electrode made using the initial LaNi5 alloy. It was shown that for LaNi5-xMx alloys (where M is Co, Al, Mn), the electrochemical and sorption properties substantially depend on the nature and amount of the substituent. Based on the research results, a multicomponent alloy MmNi3.6Co0.7Mn0.3Al0.4 was obtained and it was shown that it has good abilities and can be used for contact hydrogen production. The method of contact charge (internal electrolysis) has been first used to obtain hydrogen by AB5-type intermetallic alloys. We have shown the dependence of the alloy composition on the efficiency of such a charge method. A new method of producing and storing hydrogen is proposed, which does not require an electric energy source. This method can be used for backup or emergency charging of nickel-metal hydride batteries. The high purity of the resulting hydrogen allows it to be used for fuel cells or chemical synthesis.