ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Характеристики гидридов металловV

Назовем несколько отличительных характеристик материалов, используемых в гидридных системах.

1) Все сплавы, отмеченные торговой маркой HY-STOR, произведены компанией Ener­gies, Inc. Большая часть данных, приведенных в этом параграфе взята из работы Хьюстона и Сэндрока. В химических формулах символ М обозначает мишметалл — смесь редкоземельных металлов, обычно получаемую из моназитной пыли. Влияние мишметалла на давление на плато сильно зависит от соотношения количества церия и лантана в этой смеси металлов.

Наклон плато

В соответствии с упрощенной термодинамической моделью гидридной сис­темы, описанной в следующем параграфе, плато на зависимости равновесное | давления от концентрации должно быть горизонтальным. Однако на практ; давление на плато немного увеличивается при увеличении концентрации водо­рода в твердой фазе.

Стехиометрический коэффициент X

Количество атомов водорода на один атом металла

Рис. 9.7. Измерение коэффициента наклона плато на изотерме давление-кон­центрация

Наклон плато может быть количественно охарактеризован с помощью ко­эффициента наклона d n(pd)/d(H, М), где pd — давление на плато на изотерме десорбции. На рис. 9.7 пунктирная линия, проходящая через изотерму десорб­ции, соответствующую 25 °С, пересекает вертикальную линию Н/М= 0 в точке pd = 9,1 атм, а линию Н/М= 1,2 в точке pd = 14,8 атм. Тогда

dlnpd In 14,8-In 9,1

!М) 1,2 ’ ■ U ’

Это значение коэффициента является приемлемым Параметр наклона плато равновесного давления для сплава TiFe, например, равен нулю, тогда как у не­которых сплавов кальция значение этого параметра превышает три. При затвер­девании сплава (на этапе изготовления) имеет место тенденция к сегрегации, т. е. выделению некоторых элементов, входящих в состав сплава. По-видимому, данное явление — это основная причина возникновения наклона плато, так как с позиций термодинамики зависимость равновесного давления от концентрации водорода для идеально однородного сплава должна иметь горизонтальное плато. Отжиг материала, предшествующий его измельчению, может уменьшить наклон плато. Значения коэффициента наклона и некоторые другие характеристики приведены в табл. 9.4, 9.5 и 9.6.

Гистерезис абсорбции-десорбции

Как отмечалось выше, давление на плато при абсорбции обычно несколько выше, чем при десорбции. Другими словами, наблюдается гистерезис процессов абсорбции и десорбции при цикличной зарядке и разрядке сплава (см. рис. 9.7,

9.8, 9.10 и 9.11).

Таблица 9.4. Термодинамические свойства некоторых гидридов металлов

Гидрид

Сплав HY STOR*>

AHj, МДж/кмоль H2

Д Sf, кДжДК-кмоль H2)

MNL

204

-20.9

-96,8

Ca(l2M(|8Ni5

203

-24,3

-108,7

М^Ч,15РЄ0,85

209

-25,1

-104,8

Ca0,7M0 3Ni5

202

-26,8

-100,4

FeTi

101

-28,0

-106,1

MNi 4^0,5

208

-28,0

-104,8

Fe0j9Mn01Ti

102

-29,3

-107,0

LaNi5

205

-31,0

-107,7

CaNi5

201

-31,8

-101,2

LaNi4i7Al0j3

207

-33,9

-106,8

Pp Ni Ті

0,8 0,2

103

-41,0

-118,8

ZrCr2

-46,0

-98,3

Mg2Ni

301

-64.4

-122,3

Mg2Cu

302

-72,8

-142,3

Mg

204

-77,4

-138,3

'HY-STOR является торговой маркой Energies, Inc.

Гидрид

Сплав

HY-STOR

Наклон плато8*, ^

d(H M)

Коэффициент гистерезиса Pa/Pd

FeTi

101

0,00c)

1,89

Fe0.9Mn0.1Ti

102

0,65d>

1,85

^Є0.8^^0.2^І

103

0,36e>

1,05

CaNi5

201

0,19

1,17

'ao

202

3,27

1,11

Ca0 2M0 6Ni5

203

0,98

1,48

MNi5

204

0,54

5,2

LaNi5

205

0,09

1,21

LaNi47Al0 j

207

0,48

1,05

MNi45Al0 5

208

0,36

1,12

MNi4 15Fe0 85

209

0,43

1,18

Mg2Ni

301

0,02^

Mg2Cu

302

0,178)

а> — 25 °С, — 30 °С, а> — 40 °С, е> — 70 °С, ^ — 25 °С. — 325 °С.

Таблица 9.6. Максимальное содержание водорода и теплоемкость некоторых гидридов металлов

Гидрид

Сплав

HY-STOR

Максимальное содержание водорода

Теплоемкость ДжДкг - К)

A{H/M)

массовая доля, %

FeTi

101

0,90е

1,75

540

Feo.9^4.|Ti

102

0,92d

1,79

540

Feo.8^io,2Ti

103

0,62е

1,21

500

CaNi5

201

0,71

1,39

540

Ca07M0 3Nis

202

0,96

1,60

500

Ca02M0 gNi5

203

0,74

1,08

440

MNi5

204

1,01

1,41

420

LaNi5

205

1,02

1,43

420

LaNi47Al0 j

207

0,95

1,36

420

MNi45Al0 5

208

0,83

1,20

420

MNi4 15Fe0 g5

209

0,82

1,15

Mg2Ni

301

l,31f

3,84

750

Mg2Cu

302

0,75g

2,04

750

С) _ 30 °С, d> — 40 °С, е> — 70 °С, 0 — 25 °С, в> — 325 °С.

Явление гистерезиса связано с необратимым процессом выделения теплоты вследствие пластической деформации кристаллической решетки, а именно ее расширения при абсорбции и сжатия при десорбции водорода.

Стехиометрический коэффициент X LaNijHj,

Количество атомов водорода на один атом металла

Рис. 9.8. Гистерезис изотерм, описывающих абсорбцию и десорбцию водорода спла­вом LaNi5Hx

Явление гистерезиса количественно характеризуется отношением значений равновесного давления водорода при абсорбции и десорбции при значении ЩМ= 0,5 и обычно температуре 25 °С. Принято считать, что это отношение от температуры не зависит.

Полезная емкость

Полезная емкость определяется как изменение количества атомов абсорби­рованного водорода, приходящихся на один атом металла в гидриде, Н/М при изменении давления от значения, в 10 раз превышающего давление на плато, до значения, составляющего 0,1 давления плато. Такой способ определения полез­ной емкости дает несколько завышенные значения. Более реалистичное значение получается, если существенно сузить диапазон изменения давления.

На рис. 9.9 (сплав Fe0 8ІЧІ(| 2Ті) давление на плато при температуре 70 °С при­мерно равно 0,9 атм. При давлении в 10 раз больше указанного значения отноше­ние Н/М составляет 0,65, а при давлении в 10 раз меньше, чем давление на плато, Н/М= 0,02. Таким образом, разность А(Н/М) = 0,63. Другими словами, из 1 кмоля гидрида можно извлечь 0,63 кмоля атомарного водорода (0,63 кг).

Сплав состоит из 0,8 кмолей железа (масса железа 0,8 • 55,8 = 44,6 кг), 0,2 кмоля никеля (масса никеля 0,2-58,7 = 11,7 кг) и 1 кмоля титана (масса титана 47,9 кг). Итого, 2 кмоля металла имеют массу 44,6 + 11,7 + 47,9 = 104,2 и или 52,1 кг/кмоль. Таким образом, масса десорбированного водорода составляет 0,62/52,1 = 0,012 (1,2 %) массы гидрида.

100

Стехиометрический коэффициент X 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4

Рис. 9.9. Добавление небольшого количества никеля существенно изменяет свойс

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

Количество атомов водорода на один атом металла

сплава FeTi (ср. с рис. 9.4)

Теплоемкость

Гидридные системы активируются путем изменения температуры. Для то чтобы спроектировать такие системы, необходимо иметь информацию о зн чении теплоемкости различных сплавов. Значения теплоемкости ряда спла приведены в табл. 9.6.

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

РАБОТА

Выше мы говорили о том, что газ, находящийся в цилиндриче­ском сосуде с поршнем, может совершать работу. Какова эта работа? Сила, действующая на поршень со стороны газа, равна рА, где А …

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Подведем некоторое количество Q теплоты к газу, находящему- ■ : цилиндре с адиабатическими стенками и поршнем внутри, который может ■сремещаться без трения. Наличие адиабатических стенок означает, что тепло - р …

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ

При изменении температуры некоторого фиксированного коли­чества газа будет меняться его внутренняя энергия. Если при этом объем газа остается постоянным (например, газ помещен в сосуд с жесткими стенками), то изменение его …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.