Аналіз термодинамічних характеристик металогідридних систем для зберігання водню з використанням модифікованої схеми теорії збурень

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2019.03.044
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Випуск Том 22, № 3, 2019 (вересень)
Сторінки 44-49

 

Автори

В. В. Соловей, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: solovey@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0002-5444-8922

А. М. Авраменко, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: an0100@ukr.net, ORCID: 0000-0003-1993-6311

К. Р. Умеренкова, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), ORCID: 0000-0002-3654-4814

 

Анотація

Застосування гідридів інтерметалічних сполук (ІМС) для реалізації робочих процесів термосорбційних компресорів, теплових насосів, систем зберігання, очищення і програмованої подачі водню обумовлено низкою унікальних властивостей цих сорбентів водню. Це, перш за все, те, що насичення воднем ІМС з великою сорбційною ємністю відбувається за порівняно «м’яких» термодинамічних умов, а також вибірковість сорбційних процесів і наявність ефекту термодесорбційного активування атомів і молекул ізотопів водню. Робота присвячена опису фазових рівноваг в гідридах ІМС. Запропонований підхід до проблеми розрахунку фазових рівноваг в металогідридах полягає у визначенні властивостей решіткового газу атомів водню і рівноважної з ним молекулярної фази в рамках єдиного методу – модифікованої теорії збурень. Термодинамічний опис водневої підсистеми в області невпорядкованих α-, β-фаз виконано на базі моделі неідеального (взаємодіючого) решіткового  газу атомів водню. Водночас враховано як пряму взаємодію між атомами водню, так і непрямі «деформаційні» вклади в потенціальну енергію внаслідок розширення решітки під час розчинення водню. Моделювання фазових переходів в системах ІМС-водень на базі модифікованої схеми теорії збурень дає правильний опис основних особливостей фазових діаграм в широкому діапазоні тисків водню. За умови рівності хімічних потенціалів Н-підсистеми гідриду та Н2-фази (в розрахунку на атом Н) отримані рівняння, що зв’язують тиск газоподібної фази Н2 з параметрами гідриду с і Т (фазові діаграми). В запропонованій обчислювальній процедурі не використовуються підгінні параметри або емпіричні кореляції, і вона спирається на атомні характеристики водневої підсистеми та металевої матриці, що мають однозначне фізичне значення. Як об’єкт дослідження обрано гідрид інтерметаліду LaNi5. Особливий інтерес викликає розташування критичної точки β→α-переходу в системі LaNi5 – водень, для якої відсутні значення параметрів, отриманих експериментально. В роботі наведені розрахункові значення критичних параметрів β→α-переходу Тс=445 K, pc=87 атм. Визначені розрахунковим шляхом дані про термодинамічні параметри α→β–переходу (ентальпія, ентропія і тиск на плато ізотерм) дають можливість окреслити межі розчинності водню в LaNi5 за тисків до 500 атм та добре узгоджуються з наявними в літературі експериментальними даними.

 

Ключові слова: водень, металогідриди, інтерметалеві сполуки, фазові діаграми, решітковий газ.

 

Література

  1. Marinin V. S., Umerenkova K. R., Shmalko Yu. F., Lobko M. P.,  Lototsky M. V. Interacting lattice gas model for hydrogen subsystem of metal hydrides. Functional materials. 2002. Vol. 9. No. 3. P. 395–401.
  2. Marinin V. S., Shmalko Yu. F., Umerenkova K. R. Description of phase equilibriums in intermetallic compounds within the perturbation theory. Hydrogen Materials Sci. and Chemistry Carbon Nanomaterials. 2006. P. 187–192. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-5514-0_23
  3. Маринин В. С. Теплофизика альтернативных энергоносителей. Харьков: Форт, 1999. 212 с.
  4. Яртысь В. А., Бурнашева В. В., Семененко К. Н. Структурная химия гидридов интерметаллических соединений. Усп. химии. 1983. Т. 52. № 4. С. 529-562.
  5. Водород в металлах: в 2-х т. (под ред. Г. Алефельда и И. Фёлькля). Мир, 1981. Т. 1. 475 с., Т. 2. 430 с.
  6. Shmalko Yu. F., Marinin V. S., Umerenkova K. R. Phase equilibriums in “hydrogen – metallic hydride” systems. Kharkov: KNU–IMBP, 2007.
  7. Van Mal H. H. Stability of ternary hydrides and some applications. Philips Research Reports Suppl. 1976. No. 1. P. 1–88.
  8. Biris A., Bucur R. V., Ghete P., Indrea E., Lupu, D. The solubility of deuterium in LaNi5. J. Less Common Metals. 1976. Vol. 49. P. 477–482. https://doi.org/10.1016/0022-5088(76)90059-X

 

Надійшла до редакції 09 квітня 2019 р.

Прийнята до друку