Выпуски МФиНТ »  Том 37, выпуск 4

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
  1. R. C. Bowman, Jr., R. H. Steinmeyer, L. K. Matson, A. Attalla, and B. D. Craft, Fusion Technol., 8, No. 2: 2337 (1985). Crossref
  2. S. Yang, F. Aubertin, P. Rehbein, and U. Gonser, Zeitschrift für Kristallographie—Crystalline Materials, 195, Nos. 3–4: 281 (1991).
  3. I. E. Nemirovskaya, A. N. Grechenko, A. M. Alekseev, and V. V. Lunin, J. Struct. Chem., 32, No. 5: 680 (1991). Crossref
  4. 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).
  5. S. Orimo, H. Fujii, and T. Yoshino, J. Alloys Compd., 217, No. 2: 287 (1995). Crossref
  6. K. Watanabe, M. Hara, M. Matsuyama, I. Kanesaka, and T. Kabutomori, Fusion Technol., 28, No. 3: 1437 (1995). Crossref
  7. 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
  8. V. N. Verbetsky and E. A. Movlaev, J. Alloys Compd., 253–254, No. 1: 38 (1997). Crossref
  9. M. Gupta, J. Alloys Compd., 293–295: 190 (1999). Crossref
  10. B. R. Simonovic, S. Mentus, R. Dimitrijevic, and M. V. Susic, Int. J. Hydrogen Energy, 24, No. 5: 449 (1999). Crossref
  11. N. L. Adolphi, S. Badola, L. A. Browder, and R. C. Bowman, Jr., Phys. Rev. B, 65, No. 2: 024301 (2001). Crossref
  12. P. Millet and P. Dantzer, J. Alloys Compd., 330–332: 476 (2002). Crossref
  13. 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).
  14. M. Prina, R. C. Bowman, and J. G. Kulleck, J. Alloys Compd., 373, Nos. 1–2: 104 (2004). Crossref
  15. C. D. Browning, T. M. Ivancic, R. C. Bowman, and M. S. Conradi, Phys. Rev. B, 73, No. 13: 134113 (2006). Crossref
  16. I. S. Sukhushina, Zh. Fizicheskoy Khimii, 81, No. 10: 1791 (2007) (in Russian).
  17. 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).
  18. 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.
  19. X.-L. Yuan, M.-A. Xue, W. Chen, T.-Q. An, and Y. Chen, Computational Materials Science, 65: 127 (2012). Crossref
  20. J. Huot, D. B. Ravnsbæk, J. Zhang, F. Cuevas, M. Latroche, and T. R. Jenseb, Prog. Mater. Sci., 58: 30 (2013). Crossref
  21. S. K. Dolukhanyan, Alternative Energy and Ecology, 31, No. 11: 13 (2005) (in Russian).
  22. 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).
  23. G. G. Libowits, H. F. Hayes, and T. R. P. Gibb, Jr., J. Phys. Chem., 62, No. 1: 76 (1958). Crossref
  24. L. N. Padurets, A. A. Chertkov, and V. I. Mikheeva, Zh. Neorgan. Khimii, 22, No. 12: 3213 (1977) (in Russian).
  25. L. N. Padurets, A. A. Chertkov, and V. I. Mikheeva, Izv. АN SSSR. Neorgan. Materialy, 14, No. 9: 1624 (1978) (in Russian).
  26. 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).
  27. 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
  28. 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).
  29. 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.
  30. А. А. Smirnov, Obobschennaya Teoriya Uporyadocheniya Splavov (Kiev: Naukova Dumka: 1986) (in Russian).
  31. А. А. Smirnov, Teoriya Fazovykh Prevrascheniy i Razmeshcheniya Atomov v Splavakh Vnedreniya (Kiev: Naukova Dumka: 1992) (in Russian).
  32. 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.
  33. W. L. Korst, J. Phys. Chem., 66, No. 2: 370 (1962). Crossref
  34. M. E. Kirkpatrick, D. M. Bailey, and J. F. Smith, Acta Cryst., 15: 252 (1962). Crossref
  35. S. W. Peterson, V. N. Sadana, and W. L. Korst, J. Phys. (Paris), 25: 451 (1964). Crossref
  36. 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.
  37. D. G. Westlake, J. Less-Common Metals, 75, No. 2: 177 (1980). Crossref
  38. 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.
  39. 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).
  40. 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
  41. I. Jacob and J. M. Bloch, Solid State Commun., 42, No. 8: 541 (1982). Crossref
  42. V. A. Yartys’, V. V. Burnasheva, and K. N. Semenenko, Uspekhi Khimii, LII, No. 4: 529 (1983) (in Russian).
  43. S. K. Dolukhanyan, J. Alloys Compd., 10–12: 253 (1997). Crossref
  44. T. Kabutomori, Y. Wakisaka, K. Tsuchiya, and H. Kawamura, J. Nucl. Mater., 258–263, No. 1: 481 (1998). Crossref
  45. C. S. Moura, A. T. Motta, N. Q. Lam, and L. Amaral, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 180: 257 (2001). Crossref
  46. C. S. Moura, A. T. Motta, N. Q. Lam, and L. Amaral, Phys. Res. B, 175–177: 526 (2001). Crossref
  47. N. Michel, S. Poulat, P. Millet, P. Dantzer, L. Priester, and M. Gupta, J. Alloys Compd., 330–332: 280 (2002). Crossref
  48. 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
  49. H. Wu, W. Zhou, T. J. Udovic, J. J. Rush, and T. Yildirim, Phys. Rev. B, 75, No. 6: 064105 (2007). Crossref
  50. A. Roustila, J. Chene, and C. Severac, Int. J. Hydrogen Energy, 32, No. 18: 5026 (2007). Crossref
  51. H. Okamoto, J. Phase Equilibr., 28, No. 4: 409 (2007).
  52. M. M. Armbruster, Reactionen von Wasserstoff mit Zintl-Phasen (Abhandlung Dokt. der Wissenschaften) (Zürich: Techn. Universität München: 2008).
  53. S. F. Matar, Chem. Phys. Lett., 473, Nos. 1–3: 61 (2009). Crossref
  54. Y. Bouhadda, A. Rabehi, Y. Boudouma, N. Fenineche, S. Drablia, and H. Meradji, Int. J. Hydrogen Energy, 34, No. 11: 4997 (2009). Crossref
  55. X. J. Liu, X. D. Hui, G. L. Chen, and T. Liu, Phys. Lett. A, 373, No. 29: 2488 (2009). Crossref
  56. S. F. Matar, Prog. Solid State Chem., 38, Nos. 1–4: 1 (2010). Crossref
  57. 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.
  58. 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).
  59. Yu. L. Yaropolov, S. S. Agafonov, V. P. Glazkov, V. A. Somenkov, and V. N. Verbetsky, Inorganic Materials, 47, No. 3: 245 (2011). Crossref
  60. Yu. L. Yaropolov, V. N. Verbetsky, V. A. Somenkov, and V. P. Glazkov, Int. J. Hydrogen Energy, 36, No. 3: 1222 (2011). Crossref
  61. M. V. Susic, Int. J. Hydrogen Energy, 13, No. 3: 173 (1988). Crossref
  62. I. E. Nemirovskaya, A. M. Alekseev, and V. V. Lunin, J. Alloys Compd., 177, No. 1: 1 (1991). Crossref
  63. 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.
  64. R. Kronski and T. Schober, J. Alloys Compd., 205, Nos. 1–2: 175 (1994). Crossref
  65. I. E. Nemirovskaya and V. V. Lunin, J. Alloys Compd., 209, Nos. 1–2: 93 (1994). Crossref
  66. N. Michel, S. Poulat, L. Priester, and P. Dantzer, Mater. Sci. Eng. A, 384, Nos. 1–2: 224 (2004). Crossref
  67. K. Suzuki, H. Fujimori, and K. Hashimoto, Amorphnye Metally (Amorphous Metals) (Ed. T. Masumoto) (Moscow: Metallurgiya: 1987) (Russian translation).
  68. W. Luo, A. Craft, T. Kuji, H. S. Chung, and T. B. Flanagan, J. Less-Common Met., 162, No. 2: 251 (1990). Crossref
  69. 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
  70. V. Felicia, A. Preda, S. Ioan, and D. Claudia, Asian J. Chem., 22, No. 6: 4291 (2010).
  71. 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.
  72. 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).
  73. Z. A. Matysina and D. V. Schur, Vodorod i Tverdofaznye Prevrashcheniya v Metallakh, Splavakh, Fulleritakh (Dnepropetrovsk: Nauka i Obrazovanie: 2002) (in Russian).
  74. Z. A. Matysina, S. Yu. Zaginaichenko, and D. V. Schur, Rastvorimost’ Primesey v Metallakh, Splavakh, Intermetallidakh, Fulleritakh (Dnepropetrovsk: Nauka i Obrazovanie: 2006) (in Russian).

© 2013–2017 «ИМФ НАН Украины»