Выпуски МФиНТ »  Том 36, выпуск 2

Термическое поэтапное дегидрирование аланата кальция Ca(AlH$_{4}$)$_{2}$. Фазовый состав системы в процессе дегидрирования

С. Ю. Загинайченко$^{1}$, Д. В. Щур$^{1}$, З. А. Матысина$^{2}$, Д. А. Зарицкий$^{2}$, Е. А. Каменецкая$^{1}$

$^{1}$Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины, ул. Академика Кржижановского, 3, 03680, ГСП, Киев-142, Украина
$^{2}$Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара, ул. Научная, 13, 49050 Днепропетровск, Украина

Получена: 02.10.2013; окончательный вариант - 14.01.2014. Скачать: PDF

Разработана статистическая теория термического поэтапного распада аланата кальция с выделением водорода. Рассчитаны свободные энергии всех составляющих фаз химических реакций в зависимости от температуры, концентрации атомов водорода, их активности и значений энергетических параметров системы. Получены условия термодинамического равновесия всех фаз, определяющие температурную зависимость концентрации водорода. С использованием литературных экспериментальных данных оценены численные значения энергетических констант. Построены графики температурной зависимости растворимости водорода в фазах, на которых проявляются изломы или изгибы в точках фазовых переходов. Получен график температурной зависимости выделения водорода в системе с ростом температуры. Проведено сравнение численных значений свободных энергий фаз в точках фазовых превращений, подтверждающее экспериментально проявляющийся фазовый состав системы, т.е. возможность реализации каждой фазы в определённых температурных и концентрационных по водороду интервалах.

Ключевые слова: статистическая теория, фазовые переходы, Ca—Al—H, термический распад, выделение водорода.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v36/i02/0147.html

PACS: 61.72.sd, 64.70.kd, 64.75.Bc, 88.30.rd

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. H. H. Мальцева, А. И. Голованова, Т. Н. Дымова, Д. П. Александров, Журнал неорганической химии, 46, № 12: 1965 (2001).
  2. M. Fichtner, C. Frommen, and O. Fuhr, Inorg. Chem., 44, No. 10: 3479 (2005). Crossref
  3. M. Felderhoff, B. Bogdanovic, and F. Schüth, Abstracts of H-Workshop on Hydrogen Storage with Novel Nanomaterials (October 23–27, 2005, Bad Honnef), p. 32.
  4. M. Schwarz, A. Haiduc, H. Stil, P. Paulus, and H. Geerlings, J. Alloys Compd., 404–406: 762 (2005). Crossref
  5. N. Morisaku, K. Komiya, L. Yuzhan, H. Yukawa, M. Morinaga, K. Ikeda, and S. Orimo, Adv. Mater. Res., 26–28: 869 (2007). Crossref
  6. K. Komiya, N. Morisaku, Y. Shinzato, K. Ikeda, S. Orimo, Y. Ohki, K. Tatsumi, H. Yukawa, and M. Morinaga, J. Alloys Compd., 446–447: 237 (2007). Crossref
  7. J. Huot, D. B. Ravnsbæk, J. Zhang, F. Cuevas, M. Latroche, and T. R. Jensen, Progress in Materials Science, 58, No. 1: 30 (2013). Crossref
  8. M. Mamatha, B. Bogdanovic, A. Pommerin, M. Felderhoff, and F. Schuth, J. Alloys Compd., 407, No. 1–2: 78 (2006). Crossref
  9. M. Mamatha, C. Weidenthaler, M. Pommerin, and F. Schuth, J. Alloys Compd., 416, No. 1–2: 303 (2006). Crossref
  10. O. M. Løvvik and P. N. Molin, Proceedings of AIP Conf. on Hydrogen in Matter (June 13–17, 2005) (Uppsala: 2006), p. 85.
  11. H. Kabbour, Ch. C. Ahn, S.-J. Hwang, R. C. Bowman, and J. Graetz, J. Alloys Comp., 446–447: 264 (2007). Crossref
  12. M. Felderhoff, Hydrogen Technology. Mobile and Portable Applications (Ed. A. Leon) (Berlin: Springer: 2008), p. 455.
  13. C. Wolverton, D. J. Siegel, A. R. Akbarzadeh, and V. Ozoliņš, J. Phys.: Condens. Matter, 20: 064228 (2008). Crossref
  14. A. Marashdeh and T. J. Frankcombe, J. Chem. Phys., 128, No. 23: 234505 (2008). Crossref
  15. A. A. Marashdeh, A Cluster Density Functional Theory Study of the Interaction of Hydrogen Storage System NaAlH4 with Transition Metal Catalysts (Thesis of Disser. for PhD) (Leiden: Leiden University: 2008).
  16. B. Bogdanovic, M. Felderhoff, and G. Streukens, J. Serb. Chem. Soc., 74, No. 2: 183 (2009).
  17. S. Sartori, A. Leon, O. Zabara, J. Muller, M. Fichtner, and B. C. Hauback, J. Alloys Compd., 476, No. 1–2: 639 (2009). Crossref
  18. N. N. Mal’tseva, N. B. Generalova, A. Yu. Masanov, K. Yu. Zhizhin, and N. T. Kuznetsov, Russ. J. Inorg. Chem., 57, No. 13: 1631 (2012). Crossref
  19. J. Graetz and B. C. Hauback, MRS Bulletin, 38, No. 6: 473 (2013). Crossref
  20. H. Kabbour, C. C. Ahn, R. C. Bowman, and S.-J. Hwang, Abstracts of MH-2006 Int. Symposium on Metal-Hydrogen Systems. Fundamental and Applications (October 1–6, 2006, Lahaina), p. 42.
  21. X. Ke, C. Chen, and O. M. Løvvik, Bulletin of American Phys. Society, 52, No. 1: Abstract R1.00134 (2007).
  22. S. A. Orefuwa, Effect of Dopants on the Hydrogen Storage Properties of Calcium Alanate and Infra-Red Study of Some Selected Alanates (Thesis of Disser. for PhD) (Dover: 2008).
  23. N. Hanada, W. Lohstroh, and M. Fichtner, J. Phys. Chem. C, 112, No. 1: 131 (2008). Crossref
  24. L. George and S. K. Saxena, Int. J. Hydrogen Energy, 35, No. 11: 5454 (2010). Crossref
  25. T. D. Huan, M. Amsler, M. A. L. Marques, S. Botti, A. Willand, and S. Goedecker, Phys. Rev. Lett., 110, No. 13: 135502 (2013). Crossref
  26. T. Sato, K. Ikeda, H.-W. Li, H. Yukawa, M. Morinaga, and S. Orimo, Materials Transactions, 50, No. 1: 182 (2009). Crossref
  27. V. Iosub, Т. Matsunaga, K. Tange, and M. Ishikiriyama, Int. J. Hydrogen Energy, 34, No. 2: 906 (2009). Crossref
  28. X. Xiao, C. Li, L. Chen, X. Fan, H. Kou, and Q. Wang, J. Alloys Comp., 509, No. 2: S743 (2011). Crossref
  29. I. P. Jain, P. Jain, and A. Jain, J. Alloys Compd., 503, No. 2: 303 (2010). Crossref
  30. C. Li, X. Xiao, L. Chen, K. Jiang, S. Li, and Q. Wang, J. Alloys Comp., 509, No. 3: 590 (2011). Crossref
  31. C. Li, X. Xiao, P. Ge, J. Xue, S. Li, H. Ge, and L. Chen, Int. J. Hydrogen Energy, 37, No. 1: 936 (2012). Crossref
  32. J. Graetz, ISRN Mater. Sci., ID 863025 (2012).
  33. O. M. Løvvik, Phys. Rev. B, 71, No. 14: 144111-1 (2005). Crossref
  34. C. Weidenthaler, T. J. Frankcombe, and M. Feilderhoff, Inorg. Chem., 45, No. 10: 3849 (2006). Crossref
  35. C. Wolverton and V. Ozolinš, Phys. Rev. B, 75, No. 6: 064228 (2007). Crossref
  36. A. Klaveness, P. Vajeeston, P. Ravindran, H. Fjellvåg, and A. Kjekshus, J. Alloys Comp., 433, Nos. 1–2: 225 (2007).
  37. C. Wolverton, D. J. Siegel, A. R. Akbarzadeh, and V. Ozolinš, J. Phys.: Condens. Matter, 20: 064228 (2008). Crossref
  38. B. C. Hauback, Z. Kristallogr., 223, No. 10: 636 (2008). Crossref
  39. T. Sato, M. H. Sørby, K. Ikeda, S. Sato, B.C. Hauback, and S. Orimo, J. Alloys Comp., 487, Nos. 1–2: 472 (2009). Crossref
  40. T. Sato, M. H. Sørby, A. J. Ramirez-Cuesta, K. Ikeda, B. C. Hauback, S. Orimo, and K. Yamada, Abstracts of WPI–AIMR Annual Workshop (March 25–27, 2010, Sendai).
  41. T. Sato, A. J. Ramirez-Cuesta, K. Ikeda, S. Orimo, and K. Yamada, Inorg. Chem., 50, No. 17: 8007 (2011). Crossref
  42. З. А. Матысина, Д. В. Щур, Водород и твердофазные превращения в металлах, сплавах и фуллеритах (Днепропетровск: Наука и образование: 2006).
  43. З. А. Матысина, С. Ю. Загинайченко, Д. В. Щур, Растворимость примесей в металлах, сплавах, интерметаллидах, фуллеритах (Днепропетровск: Наука и образование: 2006).
  44. З. А. Матысина, Д. В. Щур, С. Ю. Загинайченко, Атомные, фуллереновые и другие молекулярные фазы внедрения (Днепропетровск: Издательство «Маковецкий»: 2012).
  45. T. Sichla and H. Jacobs, Eur. J. Solid State Inorg. Chem., 33: 453 (1996).
  46. А. E. Gridani and М. E. Mouhtadi, J. Mol. Struct. Theochem, 532: 183 (2000). Crossref
  47. P. Morris, D. K. Ross, S. Ivanov, D. R. Weaver, and O. Serot, J. Alloys Compd., 363, Nos. 1–2: 88 (2004). Crossref
  48. H. Wu, W. Zhou, T. J. Udovic, J. J. Rush, and T. Yildirim, J. Alloys Comp., 436, No. 1: 51 (2007). Crossref
  49. L. G. Hector, J. F. Herbst, W. Wolf, P. Saxe, and G. Kresse, Phys. Rev. B, 76, No. 1: 014121 (2007). Crossref
  50. J. S. Tse, D. D. Klug, S. Desgreniers, J. S. Smith, R. Flacau, Z. Liu, J. Hu, N. Chen, and D. T. Jiang, Phys. Rev. B, 75, No. 13: 134108 (2007). Crossref
  51. Y. Li, В. Li, Т. Cui, Ya. Li, L. Zhang, Y. Ma, and G. Zou, J. Phys: Condens. Matter., 20, No. 4: 045211 (2008). Crossref
  52. M. Gonzalez-Silveira, R. Gremaud, H. Schreuders, M. J. Setten, E. Batyrev, A. Rougier, L. Dupont, E. G. Bardaji, W. Lohstroh, and B. Dam, J. Phys. Chem. С, 114, No. 32: 13895 (2010). Crossref
  53. J. A. Alonso, M. Retuerto, J. Sanchez-Benitez, and M. T. Fernandez-Diaz, Z. Kristallogr., 225, No. 6: 225 (2010).
  54. L. George and S. K. Saxena, Int. J. Hydrogen Energy, 35, No. 11: 5454 (2010). Crossref
  55. M. Corno, E. Pinatel, P. Ugliengo, and M. Baricco, Proceedings of 5th Hydrogen & Energy Int. Symp. (January 24–29, 2011, Stoos, Switzerland), p. 17.
  56. R. C. Ropp, Encyclopaedia of the Alkaline-Earth Compounds (Oxford: Elsevier Science & Tech.: 2013), p. 1250.
  57. E. Veleckis, J. Less Common Met., 80, No. 2: 241 (1981). Crossref
  58. V. P. Itkin, С. В. Alcock, P. J. Ekeren, and H. A. Oonk, Bulletin of Alloy Phase Diagrams, 9, No. 6: 652 (1988). Crossref
  59. G. J. Miller, F. Li, and H. F. Franzen, J. Am. Chem. Soc., 115, No. 9: 3739 (1993). Crossref
  60. D. Zhou, J. Liu, J. Zhang, and P. Peng, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 17, No. 2: 250 (2007). Crossref
  61. H. Tanaka, H. Miyamura, N. Kuriyama, Т. Sakai, and I. Uehara, Calcium–Aluminium System Hydrogen Absorbing Alloy, U.S. Patent No. 5803995 (Published September 8, 1998).
  62. H. Tanaka, H. Takeshita, N. Kuriyama, Т. Sakai, I. Uehara, D. Noréus, A. Züttel, L. Schlapbach, and S. Suda, IEA Task 12: Metal Hydrides and Carbon for Hydrogen Storage (2001), p. 23.
  63. D. Kevorkov and R. Schmid-Fetzer, Z. Mettallkd., 92, No. 8: 946 (2001).
  64. X. G. Min, Y. S. Sun, F. Xue, W. W. Du, and D. Y. Wu, Mater. Chem. Phys., 78, No. 1: 88 (2003). Crossref
  65. H. Okamoto, J. Phase Equilibria, 24, No. 6: 580 (2003). Crossref
  66. M. A. Parvez, X. Wang, E. Essadiqi, and M. Medraj, Magnesium Technology (Eds. N. Neelameggham, H. I. Kaplan, and B. R. Powell) (Warrendale: TSM: 2005), p. 179.
  67. W. Y. Yu, N. Wang, X. B. Xiao, B. Y. Tang, L. M. Peng, and W. J. Ding, Solid State Sciences, 11, No. 8: 1400 (2009). Crossref
  68. D. Shapiro, D. Fuks, and A. Kiv, Information Technologies and Computer Modelling, 13, No. 1: 7 (2010).
  69. E. Deligoz, K. Colakoglu, H. Ozisik, and Y. O. Cifti, Computational Materials Science, 68: 27 (2013). Crossref

© 2013–2017 «ИМФ НАН Украины»