Repository logo

Rozprawy doktorskie IFJ PAN (Doctoral dissertations of IFJ PAN)

Permanent URI for this collection

https://rifj.ifj.edu.pl/handle/item/3

Browse

Browsing by Author "Bala, Henryk"

  • Thumbnail Image
    Item
    Badanie doświadczalne i analiza modelowa absorpcji wodoru w stopach LaNi5–xPbx, x = 0.1, 0.2, 0.25
    (Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2022) Żurek, Michał; Zając, Wojciech; Deptuch, Aleksandra; Bala, Henryk; Drulis, Henryk; Gondek, Łukasz
    Współczesna energetyka wodorowa zmaga się z problem efektywnego i bezpiecznego magazynowania wodoru. Jedną z bezpieczniejszych i wydajniej¬szych metod składowania wodoru jest umieszczenie go w strukturze ciał stałych, w szczególności w formie wodorków metali lub stopów między¬metalicznych [1]. Najbardziej znanym i szeroko stosowanym w tym celu jest stop LaNi5 [2]. Modyfikacja właściwości absorpcyjnych tego stopu odbywa się na drodze utworzenia trójskładnikowych stopów powstałych w wyniku zastąpienia części atomów Ni innymi atomami np. Al, Sn, Co, Mn [3]. W niniejszej pracy przebadany został roztwór podstawieniowy powstały w wyniku substytucji atomów niklu Ni atomami ołowiu Pb, o większym promieniu atomowym (rPb = 1.80 Å, rNi = 1.63 Å) [4]. Na drodze wytopu łukowego otrzymano jednofazowe stopy o stechiometriach LaNi4.9Pb0.1, LaNi4.8Pb0.2, LaNi4.75Pb0.25. Badane fazy, za wyjątkiem ostatniej [5], praktycznie nie występują w literaturze. Jak wykazano w pracy, częściowa substytucja atomów Ni atomami Pb w badanych stopach ma charakter preferencyjny. W zakresie niskiego domieszkowania zastępowane są atomy Ni w pozycji 2c, a następnie przy wyższych koncentracjach xPb >0.1 atomy w pozycji 3g. Wprowadzenie atomów Pb o większych promieniach atomowych zmienia właściwości krystalo¬graficzne stopów. W całym zakresie domieszkowania obserwowany jest wzrost objętości V komórki elementarnej, który powyżej koncentracji domieszki ołowiu xPb > 0.1 nie kompensuje efektu redukcji promienia tetraedrycznych przestrzeni międzywęzłowych rt [6]. Struktura krystaliczna w znaczącym stopniu wpływa na właściwości absorpcyjne wodoru w tych stopach. Wszystkie stopy pochłaniają wodór przy ciśnieniach powyżej ciśnienia absorpcji związku bazowego LaNi5 oraz poniżej 10 bar. Maksymalna zdolność absorpcji wodoru cmac maleje wraz ze wzrostem domieszkowania ołowiem, osiągając nieznacznie powyżej 1.0 wt.% dla wodorku LaNi4.75Pb0.25 w tem¬peraturze 323 K. Przebadanie kinetyki reakcji pozwoliło na wyznaczenie czasów t90 absorpcji i despocji t10 wodoru w badanych stopach oraz określenie dominującego mechanizmu w procesach. Dla wszystkich badanych próbek najlepsze dopasowanie danych kinetycznych otrzymane zostało modelem pierwszego rzędu JMAK (Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov) [7]. Dane izotermiczne pcT posłużyły do opisu zjawiska absorpcji wodoru modelami fizyki statystycznej przy wykorzystaniu wielkiej funkcji rozdziału Zgc [8]. Stąd możliwe było wyznaczenie ewolucji funkcji termodynamicznych entalpii swobodnej Ga, energii wewnętrznej Eint i entropii konfiguracyjnej Sa w zależności od ciśnienia wodoru i temperatury reakcji. Otrzymane wyniki zostały następnie porównane z wodorkami innych związków LaNi4.25Al0.75, LaNi4.5Co0.5, LaNi4.75Sn0.25.