Registration Number
0824U002730, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
12-08-2024
popup.evolution
.
Title
Hydrogen absorption-desorption and hydrolysis properties of new Mg–IMC and Mg–IMC–C hydride composites.
Author
Oleksandr P. Kononiuk,
popup.head Ihor Y. ZAVALII
popup.opponent Oleksandr D. Rud`
popup.opponent Mykola M. Zipunnikov
popup.review Oleksandr I. Balytsʹkyy
popup.review Andrij M. Syrotyuk
popup.rada
Physico-Mechanical Institute named after GV Karpenko of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 13 – Механічна інженерія за спеціальністю 132 – Матеріалознавство. – Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів, 2024.
На сьогоднішній день водень розглядають як одне з найбільш перспективних джерел енергії. Він володіє високою теплотою згоряння (приблизно 140 МДж/кг) та відсутністю шкідливих викидів при спалюванні. Через низьку густину газоподібного водню за н.у. вміст енергії на одиницю об’єму є малим, тому виникає проблема його зберігання. Водень як правило зберігають при високих тисках (150-700 атм), або навіть зріджують. Як альтернативу до такого зберігання часто розглядають металогідриди, до яких відноситься гідрид магнію (MgH2) з його високою водневою ємністю (7,6 мас.%), низькою вартістю одиниці енергії та оборотністю процесу сорбція-десорбція.
Перепоною його практичного застосування є повільна кінетика реакцій сорбції-десорбції та необхідність високих температур приблизно 350 °С. Для подолання цих бар’єрів часто використовують різноманітні каталітичні додатки, які знижують енергію активації та покращують дифузію водню у матрицю. Найбільш перспективним методом активації процесів гідрування-дегідрування є механічна обробка, зокрема, у високоенергетичних кульових млинах. Завдяки цьому утворюється високодисперсна мікроструктура матеріалу з високою концентрацією дефектів, що в сукупності суттєво підвищує швидкість процесів абсорбції-десорбції водню та знижує необхідну температуру.
Для одержання водню з металогідриду найчастіше здійснюють його нагрів. Також, використовують реакцію гідролізу металогідридів, яка є швидкою, екологічно безпечною та не потребує суттєвих затрат енергії. Тому цей метод одержання водню можна використовувати для живлення паливних комірок (ПК). Однак, результатом взаємодії гідриду магнію з водою є гідроксид магнію (Mg(OH)2), який є малорозчинним (0,0012 г/100 мл). При реакції гідролізу на поверхні частинок гідриду магнію одразу формується шар Mg(OH)2, що зупиняє реакцію. Для подолання цієї проблеми використовують різноманітні розчини кислот чи солей, наприклад хлорид магнію (MgCl2).
Дана дисертаційна робота присвячена вирішенню актуального завдання покращення кінетики реакцій сорбції-десорбції водню магнієм. Для цього механохімічним методом синтезовано нові композитні матеріали на основі гідриду магнію з каталітичними додатками, досліджено їх кінетику сорбції з газової фази, десорбції і в реакціях гідролізного генерування водню. Встановлено вплив каталізаторів (ІМС, субоксидів ІМС, складних оксидів) та графіту на утворення композитів гідриду магнію під час механічного помелу та їх властивості. Досліджено гідролізне отримання водню з цих композитів у водних розчинах MgCl2.
У першому розділі проведено аналіз наукових робіт пов’язаних з тематикою роботи. Зокрема, розглядаються основні методи синтезу гідридних композитів та їх переваги і недоліки, вплив різноманітних каталітичних додатків на процеси сорбції-десорбції водню з композитів гідриду магнію, їх вплив на морфологію і мікроструктуру частинок, енергію активації десорбції та циклічну стабільність. У розділі також висвітлено особливості гідролізного отримання водню з гідриду магнію і композитів на його основі, а також вплив різних чинників на перебіг реакції – складу, параметрів синтезу гідриду магнію та умов за яких проводиться гідроліз. Додатково розглянуто власні воденьсорбційні властивості каталітичних додатків, що використовувались у даній роботі.
У другому розділі наведено методику проведення експериментів та перелік використаного обладнання. Описана методика гідрування магнію та його композитів з газової фази та механохімічним методом, методика дослідження структури композитів, методика проведення досліджень гідролізного генерування водню з синтезованих композитів.
У третьому розділі представлено результати експериментальних досліджень, та їх аналіз. Зокрема, представлено результати механохімічного гідрування композитів магнію різної якості з каталітичними додатками. Показано результати гідрування цих композитів з газової фази і десорбування водню у вакуум з синтезованих гідридних композитів при різних температурних режимах. Методом термодесорбційної спектроскопії для деяких композитів визначено енергію активації. Представлено результати рентгенофазових і мікроструктурних досліджень гідридних композитів та результати гідролізного генерування водню з них при використані дистильованої води та розчинів хлоридів різних концентрацій.
У четвертому розділі наведено обговорення основних результатів роботи та рекомендації щодо оптимальних складів синтезованих гідридних композитів з найкращими функціональними параметрами для їх використання у пристроях гідролізного одержання водню.
У роботі вперше синтезовано нові гідридні композити на основі магнію з каталітичними додатками субоксидів, складних оксидів і графіту. Досліджено каталітичний вплив невеликої кількості додатків на сорбційні і десорбційні властивості Mg.
Registration Date
2024-07-25
popup.nrat_date
2024-07-25 / 2026-07-09
