Статистико-термодинамическая теория Р—с—Т-зависимостей тригидрида цирконий-никелевого сплава ZrNiH$

Статистико-термодинамическая теория Р—с—Т-зависимостей тригидрида цирконий-никелевого сплава ZrNiH $_{3}$

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

$^{1}$ Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, ул. Академика Кржижановского, 3, 03142 Киев, Украина
$^{2}$ Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара, ул. Научная, 13, 49050 Днепропетровск, Украина

Получена: 05.12.2014. Скачать: PDF

На основе молекулярно-кинетических представлений разработана теория растворимости водорода в металлиде Zr—Ni эквиатомного состава. Определена функциональная зависимость содержания водорода в кристалле от температуры и давления. Обусловлено, что процессы сорбции водорода реализуются при достаточно малых давлениях (порядка 1 атм.) и низких температурах (порядка комнатной). Рассчитаны изотермы и изоплеты растворимости водорода. Установлена возможность проявления гистерезисного эффекта. Показано, что зависимость натурального логарифма давления от обратной температуры для исследуемого сплава является строго линейной. Результаты теоретических расчётов сопоставлены с многочисленными экспериментальными данными.

Ключевые слова: статистическая теория, гидрирование, растворимость водорода, гистерезисный эффект, металлид Zr–Ni, кристалл ZrNiН $_{3}$ .

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v37/i04/0455.html

PACS: 61.72.Bb, 61.72.sd, 64.70.kd, 64.75.Bc, 65.40.G-, 82.60.Lf, 88.30.rd

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

R. C. Bowman, Jr., R. H. Steinmeyer, L. K. Matson, A. Attalla, and B. D. Craft, Fusion Technol., 8, No. 2: 2337 (1985). Crossref
S. Yang, F. Aubertin, P. Rehbein, and U. Gonser, Zeitschrift für Kristallographie—Crystalline Materials, 195, Nos. 3–4: 281 (1991).
I. E. Nemirovskaya, A. N. Grechenko, A. M. Alekseev, and V. V. Lunin, J. Struct. Chem., 32, No. 5: 680 (1991). Crossref
E. Parthé, Nekotorye Glavy Strukturnoy Neorganicheskoy Khimii (Elements of Inorganic Structural Chemistry) (Eds. A. V. Arakcheeva and D. Yu. Pushcharovsky) (Moscow: Mir: 1993) (Russian translation).
S. Orimo, H. Fujii, and T. Yoshino, J. Alloys Compd., 217, No. 2: 287 (1995). Crossref
K. Watanabe, M. Hara, M. Matsuyama, I. Kanesaka, and T. Kabutomori, Fusion Technol., 28, No. 3: 1437 (1995). Crossref
L. K. Varga, K. Tompa, A. Lovas, J. M. Joubert, and A. Percheron-Guengan, Int. J. Hydrogen Energy, 21, Nos. 11–12: 927 (1996). Crossref
V. N. Verbetsky and E. A. Movlaev, J. Alloys Compd., 253–254, No. 1: 38 (1997). Crossref
M. Gupta, J. Alloys Compd., 293–295: 190 (1999). Crossref
B. R. Simonovic, S. Mentus, R. Dimitrijevic, and M. V. Susic, Int. J. Hydrogen Energy, 24, No. 5: 449 (1999). Crossref
N. L. Adolphi, S. Badola, L. A. Browder, and R. C. Bowman, Jr., Phys. Rev. B, 65, No. 2: 024301 (2001). Crossref
P. Millet and P. Dantzer, J. Alloys Compd., 330–332: 476 (2002). Crossref
Y. D. Tasueva, P. A. Chernavskiy, N. N. Kuznetsova, and V. V. Lunin, Vestnik Moskovskogo Universiteta. Ser. Khimiya, 44, No. 6: 376 (2003) (in Russian).
M. Prina, R. C. Bowman, and J. G. Kulleck, J. Alloys Compd., 373, Nos. 1–2: 104 (2004). Crossref
C. D. Browning, T. M. Ivancic, R. C. Bowman, and M. S. Conradi, Phys. Rev. B, 73, No. 13: 134113 (2006). Crossref
I. S. Sukhushina, Zh. Fizicheskoy Khimii, 81, No. 10: 1791 (2007) (in Russian).
D. Escobar, Investigation of ZrNi, ZrMn2, and Zn(BH4)2 Metal/Complex Hydrides for Hydrogen Storage (Thesis … for the Degree of Doctor of Philosophy) (Tampa, USA: University of South Florida: 2007).
F. Vasut, I. Stefanescu, A. Bornea, M. Zamfirache, I. Piciorea, N. Sofalca, and C. David, Proc. of 20-th Int. Conf. ‘Nuclear Energy for New Europe’ (September 12–15, 2011, Bovec, Slovenia), p. 606.
X.-L. Yuan, M.-A. Xue, W. Chen, T.-Q. An, and Y. Chen, Computational Materials Science, 65: 127 (2012). Crossref
J. Huot, D. B. Ravnsbæk, J. Zhang, F. Cuevas, M. Latroche, and T. R. Jenseb, Prog. Mater. Sci., 58: 30 (2013). Crossref
S. K. Dolukhanyan, Alternative Energy and Ecology, 31, No. 11: 13 (2005) (in Russian).
A. G. Aleksanyan, A. G. Akopyan, S. K. Dolukhanyan, N. L. Mnatsakanyan, and K. A. Abramyan, Book of Abstracts of ICHMS’2007 Conference (September 22–28, 2007, Sudak, Ukraine), p. 280 (in Russian).
G. G. Libowits, H. F. Hayes, and T. R. P. Gibb, Jr., J. Phys. Chem., 62, No. 1: 76 (1958). Crossref
L. N. Padurets, A. A. Chertkov, and V. I. Mikheeva, Zh. Neorgan. Khimii, 22, No. 12: 3213 (1977) (in Russian).
L. N. Padurets, A. A. Chertkov, and V. I. Mikheeva, Izv. АN SSSR. Neorgan. Materialy, 14, No. 9: 1624 (1978) (in Russian).
M. E. Cost, L. N. Padurets, A. A. Chertkov, V. I. Mikheeva, and E. I. Sokolova, Zh. Neorgan. Khimii, 25, No. 3: 847 (1980) (in Russian).
S. N. Endrzheevskaya, M. M. Antonova, V. V. Skorokhod, A. G. Shabalina, I. M. Shalya, and T. I. Bratanich, Sov. Powder Metall. Met. Cer., 21, No. 11: 862 (1982). Crossref
A. G. Aleksanyan, N. N. Agadzhanyan, A. G. Akopyan, S. K. Dolukhanyan, V. Sh. Shekhtman, H. S. Arutyunyan, K. A. Abramyan, V. S. Ayrapetyan, O. P. Ter-Galstyan, and N. L. Mnatsakanyan, Khim. Zh. Armenii, 55, Nos. 1–2: 4 (2002) (in Russian).
A. G. Aleksanyan, H. G. Hakobyan, S. K. Dolukhanyan, N. L. Mnatsakanyan, and K. A. Abrahamyan, Proceedings of NATO ARW ‘Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems’ (September 22–28, 2007) (Dordrecht, Netherlands: Springer: 2008), p. 693.
А. А. Smirnov, Obobschennaya Teoriya Uporyadocheniya Splavov (Kiev: Naukova Dumka: 1986) (in Russian).
А. А. Smirnov, Teoriya Fazovykh Prevrascheniy i Razmeshcheniya Atomov v Splavakh Vnedreniya (Kiev: Naukova Dumka: 1992) (in Russian).
W. L. Larsen and M. E. Kirkpatrick, Crystallographic Studies on the Nickel–Zirconium and Nickel–Hafnium Systems (Report U.S. Atomic Energy Comm. IS-193: 1960), p. 66.
W. L. Korst, J. Phys. Chem., 66, No. 2: 370 (1962). Crossref
M. E. Kirkpatrick, D. M. Bailey, and J. F. Smith, Acta Cryst., 15: 252 (1962). Crossref
S. W. Peterson, V. N. Sadana, and W. L. Korst, J. Phys. (Paris), 25: 451 (1964). Crossref
H. W. Newkirk, A Literature Study of Metallic Ternary and Quaternary Hydrides (Report for U.S. Energy Research & Development Adm. W-7405: 1975), p. 31.
D. G. Westlake, J. Less-Common Metals, 75, No. 2: 177 (1980). Crossref
T. Kajitani, H. Kaneko, and M. Hirabayashi, Local Hydrogen Vibration in Crystalline and Amorphous Zirconium–Nickel Hydrides (Science Reports of the Research Institutes, Tohoku Univ.: 1980), Ser. A, vol. 29, p. 210.
S. N. Endrzheevskaya, M. M. Antonova ,V. V. Skorokhod, V. S. Luk’yanchikov, A. G. Shablina, I. M. Shalya, and T. I. Bratanich, Poroshkovaya Metallurgiya, No. 11: 39 (1982) (in Russian).
D. G. Westlake, H. Shaked, P. R. Mason, B. R. McCart, M. H. Mueller, T. Matsumoto, and M. Amano, J. Less-Common Met., 88, No. 1: 17 (1982). Crossref
I. Jacob and J. M. Bloch, Solid State Commun., 42, No. 8: 541 (1982). Crossref
V. A. Yartys’, V. V. Burnasheva, and K. N. Semenenko, Uspekhi Khimii, LII, No. 4: 529 (1983) (in Russian).
S. K. Dolukhanyan, J. Alloys Compd., 10–12: 253 (1997). Crossref
T. Kabutomori, Y. Wakisaka, K. Tsuchiya, and H. Kawamura, J. Nucl. Mater., 258–263, No. 1: 481 (1998). Crossref
C. S. Moura, A. T. Motta, N. Q. Lam, and L. Amaral, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 180: 257 (2001). Crossref
C. S. Moura, A. T. Motta, N. Q. Lam, and L. Amaral, Phys. Res. B, 175–177: 526 (2001). Crossref
N. Michel, S. Poulat, P. Millet, P. Dantzer, L. Priester, and M. Gupta, J. Alloys Compd., 330–332: 280 (2002). Crossref
R. C. Bowman, N. L. Adolphi, S.-J. Hwang, T. J. Udovic, Q. Huang, and H. Wu, Phys. Rev. B, 74, No. 18: 184109 (2006). Crossref
H. Wu, W. Zhou, T. J. Udovic, J. J. Rush, and T. Yildirim, Phys. Rev. B, 75, No. 6: 064105 (2007). Crossref
A. Roustila, J. Chene, and C. Severac, Int. J. Hydrogen Energy, 32, No. 18: 5026 (2007). Crossref
H. Okamoto, J. Phase Equilibr., 28, No. 4: 409 (2007).
M. M. Armbruster, Reactionen von Wasserstoff mit Zintl-Phasen (Abhandlung Dokt. der Wissenschaften) (Zürich: Techn. Universität München: 2008).
S. F. Matar, Chem. Phys. Lett., 473, Nos. 1–3: 61 (2009). Crossref
Y. Bouhadda, A. Rabehi, Y. Boudouma, N. Fenineche, S. Drablia, and H. Meradji, Int. J. Hydrogen Energy, 34, No. 11: 4997 (2009). Crossref
X. J. Liu, X. D. Hui, G. L. Chen, and T. Liu, Phys. Lett. A, 373, No. 29: 2488 (2009). Crossref
S. F. Matar, Prog. Solid State Chem., 38, Nos. 1–4: 1 (2010). Crossref
Y. Bouhadda, Y. Boudouma, and N. E. Fenineche, Proc. of EFEEA’10 Int. Symp. on Environment Friendly Energies in Electrical Applications (November 2–4, 2010, Ghardaia, Algeria), p. 1.
Yu. L. Yaropolov, Structure and Magnetic Properties of Hydrides of Intermetallic Compounds on the Basis of RT and R6T1, 67Si3 (R—REM; T—Ni, Co, Cu) (Thesis … for the Degree of Doctor of Philosophy) (Moscow: M. V. Lomonosov Moscow State Univ.: 2011) (in Russian).
Yu. L. Yaropolov, S. S. Agafonov, V. P. Glazkov, V. A. Somenkov, and V. N. Verbetsky, Inorganic Materials, 47, No. 3: 245 (2011). Crossref
Yu. L. Yaropolov, V. N. Verbetsky, V. A. Somenkov, and V. P. Glazkov, Int. J. Hydrogen Energy, 36, No. 3: 1222 (2011). Crossref
M. V. Susic, Int. J. Hydrogen Energy, 13, No. 3: 173 (1988). Crossref
I. E. Nemirovskaya, A. M. Alekseev, and V. V. Lunin, J. Alloys Compd., 177, No. 1: 1 (1991). Crossref
M. E. Patt, D. M. Brennan I.T., Sacolick B.E., White U. Thomanschefsky, and E.J. Cotts, Proc. of 7-th Int. Conf., ‘Phonon Scattering in Condensed Matter’ (August 3–7, 1992, New York, USA), No. 112, p. 528.
R. Kronski and T. Schober, J. Alloys Compd., 205, Nos. 1–2: 175 (1994). Crossref
I. E. Nemirovskaya and V. V. Lunin, J. Alloys Compd., 209, Nos. 1–2: 93 (1994). Crossref
N. Michel, S. Poulat, L. Priester, and P. Dantzer, Mater. Sci. Eng. A, 384, Nos. 1–2: 224 (2004). Crossref
K. Suzuki, H. Fujimori, and K. Hashimoto, Amorphnye Metally (Amorphous Metals) (Ed. T. Masumoto) (Moscow: Metallurgiya: 1987) (Russian translation).
W. Luo, A. Craft, T. Kuji, H. S. Chung, and T. B. Flanagan, J. Less-Common Met., 162, No. 2: 251 (1990). Crossref
J. S. Cantrell, R. C. Bowman, Jr., L. A. Wade, S. Luo, J. D. Clewley, and T. B. Flanagan, J. Alloys Compd., 231, Nos. 1–2: 518 (1995). Crossref
V. Felicia, A. Preda, S. Ioan, and D. Claudia, Asian J. Chem., 22, No. 6: 4291 (2010).
K. J. Gross, K. R. Carrington, S. Barcelo, A. Karkamkar, J. Purewal, S. Ma, H.-C. Zhou, P. Dantzer, K. Ott, T. Burrell, T. Semeslberger, Y. Pivak, B. Dam, and D. Chandra, Recommended Best Practices for the Characterization of Storage Properties of Hydrogen Storage Materials (Report on the National Renewable Contract No.147388: Feb. 21, 2012), p. 579.
J. Nei, Multi-Component Metal Hydride Alloys for Nickel Metal Hydride Battery Applications (Thesis … for the Degree of Doctor of Philosophy) (Detroit: Wayne State Univ.: 2012).
Z. A. Matysina and D. V. Schur, Vodorod i Tverdofaznye Prevrashcheniya v Metallakh, Splavakh, Fulleritakh (Dnepropetrovsk: Nauka i Obrazovanie: 2002) (in Russian).
Z. A. Matysina, S. Yu. Zaginaichenko, and D. V. Schur, Rastvorimost’ Primesey v Metallakh, Splavakh, Intermetallidakh, Fulleritakh (Dnepropetrovsk: Nauka i Obrazovanie: 2006) (in Russian).