Дисертація доктора філософії. Оприск Володимир Олександрович. Синтез, структура та електрохімічні воденьсорбційні властивості сплавів АВ2 і АВ3 у системах {La, Pr, Nd, Y}–(Mg)–{Ni, Co, Mn}

Реєстраційний номер

0826U002040, Дисертація доктора філософії

На здобуття

Доктор філософії

Дата захисту

30-06-2026

Статус

Захищена

Назва роботи

Синтез, структура та електрохімічні воденьсорбційні властивості сплавів АВ2 і АВ3 у системах {La, Pr, Nd, Y}–(Mg)–{Ni, Co, Mn}

Здобувач

Оприск Володимир Олександрович, аспірант

Керівник Завалій Ігор Юліянович
Опонент Галій Оксана Зіновіївна
Опонент Золотаренко Олександр Дмитрович
Опонент Дмитрів Григорій Степанович
Рецензент Балицький Олександр Іванович

Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист

Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка Національної академії наук України

Опис

У першому розділі здійснено системний аналіз сучасного стану наукових досліджень методів зберігання водню, зокрема фізичним і фізико-хімічним підходам, а також розглянуто принципи функціонування Ni-MH хімічних джерел струму. Узагальнено дані щодо кристалохімічних особливостей і воденьсорбційних властивостей гідридотвірних сполук та сплавів типу AB5, AB2 та AB3. На підставі проведеного аналізу обґрунтовано актуальність дослідження сплавів на основі систем R–Mg–d-перехідний метал, що зумовлено їх значним потенціалом як ефективних воденьакумулюючих матеріалів для потреб сучасної енергетики. У другому розділі описано методики синтезу досліджуваних зразків, зокрема електродугове плавлення, спікання порошків та метод хімічного відновлення (для нанопорошків). Охарактеризовано комплекс методів дослідження кристалічної структури та фазового складу синтезованих матеріалів, який включає рентгенофазовий і рентгеноструктурний аналіз із уточненням структурних параметрів методом Рітвельда, сканівну електронну мікроскопію та рентгенівську фотоелектронну спектроскопію. Для оцінювання електрохімічних властивостей застосовано методи гальваностатичного циклування, визначення параметра високошвидкісного розряду (HRD), хроноамперометрії, циклічної вольтамперометрії та електрохімічної імпедансної спектроскопії, що забезпечує всебічний аналіз кінетичних і дифузійних процесів у досліджуваних електродних матеріалах. У третьому розділі наведено результати комплексного дослідження складу, кристалічної структури та електрохімічних воденьсорбційних властивостей псевдобінарних фаз Лавеса типу AB2. Синтезовано три серії сплавів складу RMgNi4-yCoy (R = Pr, Pr0,5La0,5, Pr0,5Nd0,5) та встановлено межі існування відповідних твердих розчинів. Показано, що збільшення об’єму елементарної комірки внаслідок ізоморфного заміщення Pr/La та Ni/Co сприяє стабілізації γ-гідридних фаз, що характеризуються підвищеною воденьсорбційною ємністю, яка досягає до 6,7 ат. H/ф.о. для сплаву Pr0,5La0,5MgNi2Co2. Найвищу розрядну ємність серед досліджених зразків типу AB2 продемонстрував склад Pr0,5La0,5MgNi3,5Co0,5 (305 мА∙год/г), тоді як максимальною циклічною стійкістю характеризується однофазний сплав PrMgNi4(S30 = 95%). У четвертому розділі представлено результати для фаз типу AB3. Для системи (La,Y)3-xMgxNi9-yCoy встановлено оптимальний діапазон об’ємів елементарної комірки (522-535 Å3), у межах якого значення розрядної ємності стабільно перевищують 350 мА∙год/г. Показано, систематичну зміну властивостей в залежності від рівня заміщення та співвідношення компонентів La/Y/Mg та Ni/Co. Таким чином, досягнуто оптимального компромісу між високою ємністю та циклічною стабільністю для сплаву La1,5Y0,5MgNi7Co2 (Cmax = 390 мА∙год/г; S50 = 84%). Водночас сплав LaYMgNi7Co2 характеризується винятково високою циклічною стабільністю (S50 = 99%), а зразок La1,5Y0,5MgNi9 демонструє найкращі кінетичні характеристики, зокрема високі значення параметра високошвидкісного розряду (HRD1000 = 86%) та коефіцієнта дифузії водню (DН = 2,67•10-11 см2/с). Для серії Nd2MgT9 підтверджено визначальну роль співвідношення Ni у формуванні воденьсорбційних властивостей. Уперше проведено систематичне дослідження безмагнієвих фаз типу AB3 складу RxY3-xNi9-yMny. Встановлено, що часткове заміщення Ni на Mn призводить до майже дворазового зростання розрядної ємності: сполуки типу RY2Ni8Mn демонструють значення в інтервалі 311-370 мА∙год/г порівняно з 126-194 мА∙год/г для вихідних фаз RY2Ni9. Максимальну розрядну ємність (370 мА∙год/г) зафіксовано для сплаву PrY2Ni8Mn, що є одним із найвищих показників серед відомих безмагнієвих фаз типу AB3 (СТ PuNi3). У п’ятому розділі досліджено вплив нанододатків на електрохімічні характеристики матеріалів негативних електродів Ni-MH хімічних джерел струму. Особливу увагу приділено нанопорошкам Ni100-xPdx (x = 0; 1; 5; 10 ат.%), синтезованим методом хімічного відновлення. Визначено їх фазовий склад, морфологію, хімічний стан поверхні (XPS) й електрохімічні воденьсорбційні властивості. Досліджено також електрохімічну поведінку композитних електродних матеріалів на основі гідридотвірного сплаву La2MgNi9 з нанододатками Ni95Pd5 та Ni70Fe30. Показано, що нанокристалічні порошки, знижують опір перенесення заряду та забезпечують синергетичний ефект у композиційних електродних матеріалах «інтерметалічна сполука – нанододаток». Найвищу циклічну стабільність продемонстрував композит La2MgNi9 + Ni95Pd5 + Ni (карб.) (2:3:3) – Cmax = 418 мА•год/г при S30 = 76 %, а найвищу ємність – La2MgNi9 + Ni70Fe30 (1:1) – 492 мА•год/г при S30 = 59 % (при густині струму 100 мА/г)

Дата реєстрації

2026-05-29

Додано/оновлено в НРАТ

2026-05-29 / 2026-08-26