Термічне поетапне дегідрування аланату кальцію Ca(AlH$_{4}$)$_{2}$. Фазовий склад системи в процесі дегідрування

Термічне поетапне дегідрування аланату кальцію Ca(AlH $_{4}$ ) $_{2}$ . Фазовий склад системи в процесі дегідрування

С. Ю. Загінайченко $^{1}$ , Д. В. Щур $^{1}$ , З. А. Матисіна $^{2}$ , Д. А. Заріцький $^{2}$ , Є. А. Каменецька $^{1}$

$^{1}$ Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, вул. Академіка Кржижановського, 3, 03680, МСП, Київ-142, Україна
$^{2}$ Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара, вул. Наукова, 13, 49050 Дніпропетровськ, Україна

Отримано: 02.10.2013; остаточний варіант - 14.01.2014. Завантажити: PDF

Розроблено статистичну теорію термічного поетапного розпаду аланату кальцію з виділенням водню. Розраховано вільні енергії усіх складових фаз хімічних реакцій залежно від температури, концентрації атомів водню, їх активності і значень енергетичних параметрів системи. Одержано умови термодинамічної рівноваги всіх фаз, що визначають температурну залежність концентрації водню. З використанням літературних експериментальних даних оцінено чисельні значення енергетичних констант. Побудовано графіки температурної залежності розчинності водню у фазах, на яких проявляються злами або вигини в точках фазових переходів. Одержано графік температурної залежності виділення водню в системі із зростанням температури. Проведено порівняння чисельних значень вільних енергій фаз в точках фазових перетворень, що підтверджує експериментально виявлений фазовий склад системи, тобто можливість реалізації кожної фази у певних температурних і концентраційних за воднем інтервалах.

Ключові слова: статистична теорія, фазові переходи, Ca—Al—H, термічний розпад, виділення водню.

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

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

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА

H. H. Мальцева, А. И. Голованова, Т. Н. Дымова, Д. П. Александров, Журнал неорганической химии, 46, № 12: 1965 (2001).
M. Fichtner, C. Frommen, and O. Fuhr, Inorg. Chem., 44, No. 10: 3479 (2005). Crossref
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.
M. Schwarz, A. Haiduc, H. Stil, P. Paulus, and H. Geerlings, J. Alloys Compd., 404–406: 762 (2005). Crossref
N. Morisaku, K. Komiya, L. Yuzhan, H. Yukawa, M. Morinaga, K. Ikeda, and S. Orimo, Adv. Mater. Res., 26–28: 869 (2007). Crossref
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
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
M. Mamatha, B. Bogdanovic, A. Pommerin, M. Felderhoff, and F. Schuth, J. Alloys Compd., 407, No. 1–2: 78 (2006). Crossref
M. Mamatha, C. Weidenthaler, M. Pommerin, and F. Schuth, J. Alloys Compd., 416, No. 1–2: 303 (2006). Crossref
O. M. Løvvik and P. N. Molin, Proceedings of AIP Conf. on Hydrogen in Matter (June 13–17, 2005) (Uppsala: 2006), p. 85.
H. Kabbour, Ch. C. Ahn, S.-J. Hwang, R. C. Bowman, and J. Graetz, J. Alloys Comp., 446–447: 264 (2007). Crossref
M. Felderhoff, Hydrogen Technology. Mobile and Portable Applications (Ed. A. Leon) (Berlin: Springer: 2008), p. 455.
C. Wolverton, D. J. Siegel, A. R. Akbarzadeh, and V. Ozoliņš, J. Phys.: Condens. Matter, 20: 064228 (2008). Crossref
A. Marashdeh and T. J. Frankcombe, J. Chem. Phys., 128, No. 23: 234505 (2008). Crossref
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).
B. Bogdanovic, M. Felderhoff, and G. Streukens, J. Serb. Chem. Soc., 74, No. 2: 183 (2009).
S. Sartori, A. Leon, O. Zabara, J. Muller, M. Fichtner, and B. C. Hauback, J. Alloys Compd., 476, No. 1–2: 639 (2009). Crossref
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
J. Graetz and B. C. Hauback, MRS Bulletin, 38, No. 6: 473 (2013). Crossref
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.
X. Ke, C. Chen, and O. M. Løvvik, Bulletin of American Phys. Society, 52, No. 1: Abstract R1.00134 (2007).
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).
N. Hanada, W. Lohstroh, and M. Fichtner, J. Phys. Chem. C, 112, No. 1: 131 (2008). Crossref
L. George and S. K. Saxena, Int. J. Hydrogen Energy, 35, No. 11: 5454 (2010). Crossref
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
T. Sato, K. Ikeda, H.-W. Li, H. Yukawa, M. Morinaga, and S. Orimo, Materials Transactions, 50, No. 1: 182 (2009). Crossref
V. Iosub, Т. Matsunaga, K. Tange, and M. Ishikiriyama, Int. J. Hydrogen Energy, 34, No. 2: 906 (2009). Crossref
X. Xiao, C. Li, L. Chen, X. Fan, H. Kou, and Q. Wang, J. Alloys Comp., 509, No. 2: S743 (2011). Crossref
I. P. Jain, P. Jain, and A. Jain, J. Alloys Compd., 503, No. 2: 303 (2010). Crossref
C. Li, X. Xiao, L. Chen, K. Jiang, S. Li, and Q. Wang, J. Alloys Comp., 509, No. 3: 590 (2011). Crossref
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
J. Graetz, ISRN Mater. Sci., ID 863025 (2012).
O. M. Løvvik, Phys. Rev. B, 71, No. 14: 144111-1 (2005). Crossref
C. Weidenthaler, T. J. Frankcombe, and M. Feilderhoff, Inorg. Chem., 45, No. 10: 3849 (2006). Crossref
C. Wolverton and V. Ozolinš, Phys. Rev. B, 75, No. 6: 064228 (2007). Crossref
A. Klaveness, P. Vajeeston, P. Ravindran, H. Fjellvåg, and A. Kjekshus, J. Alloys Comp., 433, Nos. 1–2: 225 (2007).
C. Wolverton, D. J. Siegel, A. R. Akbarzadeh, and V. Ozolinš, J. Phys.: Condens. Matter, 20: 064228 (2008). Crossref
B. C. Hauback, Z. Kristallogr., 223, No. 10: 636 (2008). Crossref
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
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).
T. Sato, A. J. Ramirez-Cuesta, K. Ikeda, S. Orimo, and K. Yamada, Inorg. Chem., 50, No. 17: 8007 (2011). Crossref
З. А. Матысина, Д. В. Щур, Водород и твердофазные превращения в металлах, сплавах и фуллеритах (Днепропетровск: Наука и образование: 2006).
З. А. Матысина, С. Ю. Загинайченко, Д. В. Щур, Растворимость примесей в металлах, сплавах, интерметаллидах, фуллеритах (Днепропетровск: Наука и образование: 2006).
З. А. Матысина, Д. В. Щур, С. Ю. Загинайченко, Атомные, фуллереновые и другие молекулярные фазы внедрения (Днепропетровск: Издательство «Маковецкий»: 2012).
T. Sichla and H. Jacobs, Eur. J. Solid State Inorg. Chem., 33: 453 (1996).
А. E. Gridani and М. E. Mouhtadi, J. Mol. Struct. Theochem, 532: 183 (2000). Crossref
P. Morris, D. K. Ross, S. Ivanov, D. R. Weaver, and O. Serot, J. Alloys Compd., 363, Nos. 1–2: 88 (2004). Crossref
H. Wu, W. Zhou, T. J. Udovic, J. J. Rush, and T. Yildirim, J. Alloys Comp., 436, No. 1: 51 (2007). Crossref
L. G. Hector, J. F. Herbst, W. Wolf, P. Saxe, and G. Kresse, Phys. Rev. B, 76, No. 1: 014121 (2007). Crossref
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
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
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
J. A. Alonso, M. Retuerto, J. Sanchez-Benitez, and M. T. Fernandez-Diaz, Z. Kristallogr., 225, No. 6: 225 (2010).
L. George and S. K. Saxena, Int. J. Hydrogen Energy, 35, No. 11: 5454 (2010). Crossref
M. Corno, E. Pinatel, P. Ugliengo, and M. Baricco, Proceedings of 5th Hydrogen & Energy Int. Symp. (January 24–29, 2011, Stoos, Switzerland), p. 17.
R. C. Ropp, Encyclopaedia of the Alkaline-Earth Compounds (Oxford: Elsevier Science & Tech.: 2013), p. 1250.
E. Veleckis, J. Less Common Met., 80, No. 2: 241 (1981). Crossref
V. P. Itkin, С. В. Alcock, P. J. Ekeren, and H. A. Oonk, Bulletin of Alloy Phase Diagrams, 9, No. 6: 652 (1988). Crossref
G. J. Miller, F. Li, and H. F. Franzen, J. Am. Chem. Soc., 115, No. 9: 3739 (1993). Crossref
D. Zhou, J. Liu, J. Zhang, and P. Peng, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 17, No. 2: 250 (2007). Crossref
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).
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.
D. Kevorkov and R. Schmid-Fetzer, Z. Mettallkd., 92, No. 8: 946 (2001).
X. G. Min, Y. S. Sun, F. Xue, W. W. Du, and D. Y. Wu, Mater. Chem. Phys., 78, No. 1: 88 (2003). Crossref
H. Okamoto, J. Phase Equilibria, 24, No. 6: 580 (2003). Crossref
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.
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
D. Shapiro, D. Fuks, and A. Kiv, Information Technologies and Computer Modelling, 13, No. 1: 7 (2010).
E. Deligoz, K. Colakoglu, H. Ozisik, and Y. O. Cifti, Computational Materials Science, 68: 27 (2013). Crossref