Випуски МФіНТ »  Том 36, випуск 2

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
  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

© 2013–2018 «ІМФ НАН України»