Состав для аккумулирования водорода

 

СОСТАВ ДЛЯ АККУМУЛИРОВАНИЯ ВОДОРОДА на основе магниевого сплава , содержащий железо или алюминий, отличающийся тем, что, с целью снижения спекаемости и предотвращения возгонки магния при сохранении формы и механической прочности, он дополнительно содержит оксид алюминия или нитрид бора при следующем соотношении компонентов, мае.%: Железо или алюминий 10-50 Оксид алюминия или натрид бора2-5 Магниевый сплав Остальное

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 4(51) С 01 В 6 02 г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсудАРственный нОмитет сссР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3583364/23-26 (22) 25.04.83 (46) 28.02.85. Бюл.Р 8 (72) К.Н.Семененко, В.Н.Вербецкий, С.Н. Клямкин и C.È. Кулиев (71) МГУ им.М.В.Ломоносова (53) 661.961.968(088.8) (56) 1. Заявка Франции Р 7820382, кл.С 01 В 1/02,опублик. 1980.

2.Заявка ФРГ М 1171239, кл. С 01 В 1/00, опублик. 1967 (прототип), (54) (57) СОСТАВ ДЛЯ АККУМУЛИРОВАНИЯ

ВОДОРОДА на основе магниевого сплава, содержащий железо или алюминий, отличающийся тем, что, с целью .снижения спекаемости и предотвращения возгонки магния при сохранении формы и механической прочности, он дополнительно содержит оксид алюминия или нитрид бора при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:

Железо или алюминий 10-50

Оксид алюминия или натрид бора 2-5

Магниевый сплав Остальное

1142441

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к гидридам интерметаллических соединений, и может найти применение при приготовлении аккумуляторов водорода в химической, автомобильной 5 промышленности и глеталлургии.

Известен состав для аккумулирования водорода, представляющий собой сплав, состав которого может быть выражен стехиометрической фор- 10 мулой L„. l„ Ng. М,„ где L — один из редкоземельных элементов или сплав на основе церия; т — один из металлов Па группы

Периодической системы эле— ментов;

М вЂ” один из переходных металлов или алюминий, кремний, олово;

20 х и - коэффициенты, изменяющиеся от 0 до 1; а и в-индексы, соответствующие стехеометрии сплава компонентов L, Т и М Pl) .

Недостатком этого состава является разрушение его при абсорбции водорода с образованием мелкодисперсного порошка, а также спекаемость и возгонка магния в процессе эксплуатации, что уменьшает содержание водорода в составе.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является состав для аккумулирования водорода на основе интерметаллического соединения и негидрируемых металлов — никеля, меди, железа и алюминия, получаемый прессованием и термообработкой ком, понентов Г21. 40

Недостаток известного составаспекаемость и возгонка магния в процессе эксплуатации состава, содержащего в качестве интерметаллического соединения магниевый сплав, что 45 уменьшает содержание водорода в составе.

Цель изобретения — снижение спекаемости состава для аккумулирования водорода и предотвращение возгонки магния при сохранении формы и механической прочности.

Поставленная цель достигается тем, что состав для аккумулирования водорода на основе магниевого сплава, содержащий железо или алюминий, дополнительно содержит оксид алюминия или нитрид бора при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:

Железо или алюминий 10-50 60

Оксид.алюминия или нитрид бора 2-5

Магниевый сплав Остальное, Используемый магниевый сплав имеет следующий состав, Ъ: 65

Редкоземельный элемент, мишметалл 8-50

Металл из группы

Al Co Ni Cu 0-20

Магний Остальное

Введение в состав для аккумулирсУвания водорода алюминия или железа обеспечивает механическую прочность состава и сохранение его формы в процессе гидрирования- дегидрирования.

Экспериментально установлено, что присутствие в составе BN или Al O предотвращает его спекаемость и возгонку магния, что позволяет сохранить высокую сорбционную емкость состава в процессе длительной эксплуатации.

Предложенный состав готовится прессованием порошка сплава с порошком алюминия или железа и оксида алюминия или нитрида бора при 100500 C и 300-30000 атм. Кроме алюминия или железа могут быть использованы порошки алюминиевых или железных сплавов, выпускаемых промышленностью.

Пример 1 9 0 г магния и

1, 0 церия (86 мас. Ъ сплава) сплавляют в тигельной печи под Флюсом

КС1 — LiC1 при 700 С и отливают в массивную изложницу. После охлаждения сплав измельчают и смешивают с

1,2 r порошкообразного алюминия (10 мас. ;.) и 0,5 г. нитрида бора (4 мас.-). Смесь прессуют при 250 С и 10000 атм. Полученный после прессования образец помещают в металлический реактор, вакуумируют до 10 мм, рт.ст. в течение 30 мин при 200 С и затем подают водород под давлением 30 атм. Количество поглощенного водорода рассчитывается по изменению давления в замкнутой системе.

После 15 циклов абсорбции-десорбции водорода образец не меняет свою форму и механическую прочность.. Содержание водорода в образце 6,1 мас.

Ъ (в пересчете на чистый сорбсит

7,09 мас.Ъ).

Пример 2. Сплав, содержащий

6,0 г магния, 2,4 г лантана и 1,6 г никеля (48 мас.Ъ сплава) готовят по примеру 1. После из>лельчения сплав смешивают с 10,5 г порошкообразного железа (50 мас.Ъ)и 0,4 г оксида алюминия (2 мас.Ъ) и прессуют при 400 С и 30000 атм, после чего обрабатывают по примеру 1.

После 15 циклов абсорбции-десорбции водорода образец не изменяет свою форму и механическую прочность.

Возгонки магния и спекания не наблюдалось. Содержание водорода в образце 2,5 мас.Ъ (в пересчете на чистый сорбент 5,07 мас.Ъ).

1142441

Пример 3. 5,0 r магния, 1,0 r кобальта и 4,0 г церия сплавляют по примеру 1 (79 мас.Ъ сплава).

Сплав измельчают и смешивают с 2,0 г алюминия (16 мас.Ъ) и 0,6 г нитрида бора (5 мас.Ъ) . Смесь прессуют при

300 С и 15000 атм и обрабатывают по о примеру 1.

После 10 циклов абсорбции-десорбции водорода образец не меняет свою форму и механическую прочность. 10

Возгонки магния и спекания не наблюдалось. Содержание водорода в обт разце 3,7 мас.Ъ (пересчете .на чистый сорбент 4,6 мас.Ъ).

Пример 4. 8.0 г магния, 15

1,0 r мишметалла и 1,,0 г алюминия сплавляют по примеру 1 (65 мас.Ъ сплава), измельчают, смешивают с

5,0 г порошкообразного железа (32 мас.Ъ) и 0,4 г оксида алюминия

20 (3 мас. Ъ) и прессуют при 500 С и о давлении 7000 атм. Полученный после прессования образец обрабатывают по примеру 1.

После 10 циклов абсорбции-десорб- 25 ции водорода образец не изменяет свою форму и механическую прочность.

Возгонки магния и спекания не наблюдалось. Содержание водорода в образце 4,1 мас.Ъ (в пересчете на чистый сорбент 6,32 мас.Ъ).

П p H M e p 5. 6,5 r магния, 3,0 r лантана, 0,5 г меди сплавляют по примеру 1 (85 мас.Ъ сплава).

Сплав измельчают и смешивают с 1,5 r порошкообразного дюралевого сплава (13 мас.Ъ) и 0,3 г нитрида бора (2 мас.Ъ). Смесь прессуют при 200 С о и 1000 атм и обрабатывают по примеру 1 °

После 10 циклов абсорбции-десорб- 40 ции водорода образец не изменяет свою форму и механическую прочность.

Возгонки магния и спекания не наблюдалось. Содержание водорода в образце 4,7 мас.Ъ (в пересчете на чис- 45

I тTы и сcоoр б еeнHт T 55, 57 мас. -.) .

Пример б. 9,0 г магния и

1,0 r церия (90 мас.Ъ сплава) сплавляют по примеру 1. После охлаждения сплав измельчают и смешивают с 1,2 r 5() порошкообразного алюминия (10 мас.Ъ).

Смесь прессуют при 250 С и 10000 атм.

Полученный после прессования образец обрабатывают по примеру 1.

После 15 циклов абсорбции-десорбции водорода наблюдается спекание образца. Количество поглощенного . водорода уменьшается (в пересчете на чистый сорбент) за счет возгонки магния с .7,09 до 6,07 мас. -o водорода.

П р е р 7. Сплав, содержащий

6,0 г магния, 2,4 г лантана и 1,6 г никеля (50 мас.Ъ сплава) готовят по примеру 1. После измельчения сплав смешивают с 10,0 r порошкообразного железа (50 мас.Ъ) и прессуют при о

400 C и 30000 атм, после чего обрабатывают по примеру 1.

После 20 циклов абсорбции-десорбции водорода наблюдается спекание образца. Количество поглощенного водорода уменьшается за счет возгонки магния с 5,07 до 4,7 мас.Ъ водорода (в пересчете на чистый сорбент).

Пример 8. 5,0 г магния, 1,0 г кобальта и 4,0 г церия сплавляют по примеру 1 (84 мас.Ъ сплава).

Сплав измельчают и смешивают с 1,9 г алюминия (16 мас.Ъ). Смесь прессуют при 300 С и 15000 атм. и обрабатывают по примеру 1.

После 25 циклов абсорбции-десорбции водорода наблюдается спекание образца. Количество поглощенного водорода уменьшается эа счет возгонки магния с 4,6 до 4,0 мас.Ъ водорода (в пересчете на чистый сорбент) .

В табл.1 приведены показатели содержания компонентов в композиционном составе, подтверждающие оптимальность выбранного содержания компоненгов.

Иэ приведенных примеров и данных табл. 1 видно, что предлагаемое соотношение композиционного состава является оптимальным. Меньшее по сравнению с указанным, количество алюминия или железа не обеспечивает необходимой механической прочности аккумулирующего состава, большееприводит к значительному уменьшению количества поглощаемого водорода.

Меньшее, по сравнению с указанным количество нитрида бора или оксида алюминия приводит к спеканию состава и возгонке магния, большее — к снижению количества поглощаемого водорода.

В табл.2 приведены сопоставительные данные известного и предложенного состава в оптимальных условиях.

Как следует иэ приведенных примербв в табл.2, использование предложенного состава по сравнению с прототипом, при сохранении механической прочности предотвращает спекание состава и возгонку магния после

15-25 циклов абсорбции-десорбции и сохраняет постоянным количеством поглощенного водорода. Создание маг. ниевого композиционного состава для аккумулирования водорода позволит значительно упростить конструкции и устройства для хранения и транспортировки водорода.

1142441

Т а б л и ц а 1

Магниевый сйлав, состав,мас.В

Содержание, мас.Ъ

Количество Изменение поглощенно- формы обго водоро- разца да, мас.Ъ

Пример

1 Mg 90, Се 10

BN 4

6,3

89 Ъ

2 Ng 60, La 24,Ni 16

38 Ъ

Fe 60

А1аОЗ2 1,9

Не наблюдалось

3 big 80, Nn 10 Al 10

67 Ъ

Fe 32

4 1

А1 О

Не наблюдалось (после 15 циклов

3,8 Ъ) 4 Ng 50 Сб 40,Со 10

Al 16

BN 10

3,0

Не наблюдалось

84 Ъ

Та блица 2

Абсорбция — десорбция составом

Предложенным

Известным после 15-ти циклов после 3-х циклов после 15-ти циклов осле 3-х иклов

7,09

7,09

6,07

7,09

5,07

5,07

5,07

4,08

4,62

4,62

4,35

4,62

3,8

6,32

6,32

5,90

6,32

5,57

5,57

5,15

ВНИИПИ Заказ 645/22 Тираж 462 Подписное.Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4

Состав по примеру алюминия оксида алюили желе- миния или за ни .грида бора

Разрушается после 5 циклов