Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка наноструктурированных сплавов и композитов на основе магния и алюминия, обладающих повышенной водородсорбционной емкостью и перспективных для хранения водорода в связанном состоянии

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.516.11.6102
Организация
ИПХФ РАН
Руководитель работ
Фурсиков Павел Владимирович
Продолжительность работ
2007 - 2008, 14 мес.
Бюджетные средства
1,5 млн
Внебюджетные средства
1,5 млн

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
01.08.2007 - 31.10.2007
Методом индукционной плавки были приготовлены эвтектические сплавы Mg-La(Mm)-Ni и проведена их аттестация при помощи рентгенофазового анализа и электронной микроскопии. Полученные результаты свидетельствуют о том, что сплав Mg-La(Mm)-Ni имеет мелкозернистую структуру, соответствующую тройной эвтектике и фазовый состав: Mg, Mg2Ni, La(Mm)2Mg17. Были исследованы водородсорбционные свойства эвтектических сплавов Mg-La(Mm)-Ni. Измерения, проведенные с использованием установки типа Сивертса, позволили провести построение изотерм в системах сплав-водород и кривых поглощения и выделения водорода, а также определить значения энтропии и энтальпии образования гидридов в данной системе. При помощи методов рентгенофазового анализа поверхности компактного образца были исследованы особенности первой стадии гидрирования сплава Mg-La-Ni. Показано, что вначале происходит распад фазы La2Mg17. Затем образуется фаза LaH3, а формирование фазы MgH2 идет с самой низкой скоростью.
Методом высокотемпературной in-situ рентгеновской диффракции с разверткой по времени был проведен сравнительный анализ выделения водорода из гидридов сплавов Mg-La-Ni и Mg-Mm-Ni. Установлено, что замена лантана ни мишметалл существенно увеличивает скорость выдления водорода.
Для подробного выявления микроструктуры сплава Mg-La(Mm)-Ni, в частности, пространственного распределения составляющих фаз, были проведены металлографические исследования с использованием методов оптической микроскопии и сканирующей электронной микроскопии. Установлено, что сплав Mg-La-Ni имеет два различных вида областей. Первые, включают в себя фазы Mg, Mg2Ni и Mg17La2. Вторые состоят из фаз Mg и Mg17La2.
С целью снижения термической стабильности гидрида алюминия был проведен механический помол AlH3 с различными добавками (LiH, MgH2, TiHx, VHx, LiNH2, графит) и проведен термический анализ полученных композитов. Установлено, что механический помол при различных энергиях обработки в атмосфере аргона снижает температуру разложения гидрида алюминия, а также вызывает частичную аморфизацию материала и повышает его химическую активность. Механический помол гидридов MgH2 и AlH3 уменьшает термическую стабильность как AlH3, так и MgH2. Добавка TiHx при механическом помоле катализирует разложение AlH3, а гидрид ванадия не влияет на термическую стабильность AlH3. Добавка графита препятствует разложению гидрида алюминия в процессе механической обработки.
Сравнение влияния указанных добавок позволило определить состав композитов на основе гидрида алюминия, позволяющих выделять водород при нагреве до температур от 100 до 150C. Установлено, что добавки LiH к AlH3 при механическом помоле понижают температуру разложения до 112ºC, а амид лития дестабилизирует AlH3, выделяя до 5 масс. % H2 при 140–160ºC.
Таким образом, работы, предусмотренные на первый этап научно-исследовательской работы «Исследование водород-сорбционных свойств эвтектических сплавов Mg-La(Mm)-Ni и влияния добавок на термическую стабильность гидрида алюминия» по Государственному контракту № 02.516.11.6102 «Разработка наноструктурированных сплавов и композитов на основе магния и алюминия, обладающих повышенной водородсорбционной емкостью и перспективных для хранения водорода в связанном состоянии» от «1» августа 2007 г., выполнены в полном объеме, в установленные сроки, в полном соответствии с Техническим заданием и Календарным планом.
Развернуть
2
01.11.2007 - 31.12.2007
1. Приготовлены эвтектические сплавы Mg-Ni, выполнена их аттестация и проведено исследование их водород-сорбционных свойств. Полученные результаты свидетельствуют о том, что сплав Mg-Ni имеет структуру, соответствующую двойной эвтектике и фазовый состав: Mg, Mg2Ni. С использованием установки типа Сивертса, были построены кривые поглощения и выделения водорода сплавом. Установлено, что эвтектические сплавы Mg-Ni, модифицированные методом равноканального углового прессования, обладают улучшенными водород-сорбционными характеристиками по сравнению с гидридом магния. Так, Гидрид эвтектического сплава Mg-Ni: после полного дегидрирования образец поглощает 4,5 масс.% водорода в течение 5 минут при температуре 300С и давлении водорода 17 атм.
2. Проведены металлографические исследования эвтектических сплавов Mg-Ni, модифицированных методом равноканального углового прессования. С использованием методов оптической микроскопии, сканирующей электронной микроскопии установлено пространственное распределение составляющих сплав фаз и элементов. В структуре модифицированного эвтектического сплава Mg-Ni показано наличие третьей фазы, MgNi2, которая, как показывает метод гидрирования поверхности компактного образца, не подвергается гидрированию при тех условиях, в которых обе фазы Mg и Mg2Ni взаимодействуют с водородом.
3. В ходе командировки в Норвегию проведено планирование работ по модификации эвтектических сплавов магния методом равноканального углового прессования. В частности, для эвтектического сплава Mg-Ni, целесообразно проводить такой процесс, чтобы избежать появления фазы MgNi2.
4. Впервые разработана методика формирования псевдосплавов состава «72% Mg – 8% La (Mm) - 20%Ni» путем обработки в шаровой мельнице смесей высокодисперсных гидридов и последующей термической обработки. Определены водородсорбционные характеристики полученных псевдосплавов: прогидрированный псевдосплав Mg-Mm-Ni имеет емкость по водороду – 5,3 масс.%, после полного выделения водорода из образца продолжительность насыщения его водородом до 4,8 масс % – 10 мин при температуре 300C и давлении водорода 16 атм. Показана перспективность использования псевдосплавов для создания на их основе композиционных материалов для среднетемпературных аккумуляторов водорода.
5. Синтезированы композиты на основе псевдосплава Mg-Mm-Ni c добавкой интерметаллического соединения MmNi5. Композит на основе псевдосплава Mg-Mm-Ni имеет следующие водород-сорбционные характеристики: продолжительность поглощения водорода до значения 4,4 масс % – 5 мин при температуре 300C и давлении водорода 16 атм.
6. Проведено патентное исследование по теме «Разработка наноструктурированных сплавов и композитов на основе магния и алюминия, обладающих повышенной водородсорбционной емкостью и перспективных для хранения водорода в связанном состоянии» в том числе и по части, относящейся к водород-аккумулирующим материалам на основе эвтектических сплавов Mg-Ni и псевдосплавам на глубину более 20 лет. Отмечена высокая активность исследователей, работающих в области водородсорбционных материалов на основе сплавов Mg-Ni. Является целесообразным продолжение патентных исследований в области водород-аккумулирующих материалов на основе модифицированных сплавов магния и их композитов.
Развернуть
3
01.01.2008 - 31.07.2008
1. Приготовлены модифицированные эвтектические сплавы Mg-Ni и Mg-La(Mm)-Ni и выполнена их аттестация;
2. Проведены металлографические исследования модифицированных эвтектических сплавов Mg-Ni и Mg-La(Mm)-Ni;
3. Исследованы водородсорбционные свойства модифицированных сплавов;
4. Проведено формирование порошковых металлогидридных и металл-углеродных композитов на основе магниевых сплавов и псевдосплавов и выполнена их аттестация;
5. Исследована циклическая стабильность разработанных водород-аккумулирующих материалов;
6. Проведено патентное исследование по теме «Разработка наноструктурированных сплавов и композитов на основе магния и алюминия, обладающих повышенной водородсорбционной емкостью и перспективных для хранения водорода в связанном состоянии» по части, относящейся к водород-аккумулирующим материалам на основе модифицированных эвтектических сплавов Mg-Ni и Mg-La(Mm)-Ni.
Развернуть
4
01.08.2008 - 31.10.2008
1. Проведено изучение водород-сорбционных свойств металл-углеродных композитов на основе магниевых сплавов и псевдосплавов (во время командировок в Данию, в Национальную лабораторию Рисё ДТУ и в Норвегию, в Институт энергетических технологий);
2. Проведено обобщение результатов, полученных в ходе предыдущих этапов работ по данному Госконтракту. Сделана оценка полноты решения задач и эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем;
3. Получены тестовые партии и проведено испытание водород-аккумулирующих материалов, обладающих характеристиками, необходимыми для создания прототипов аккумулятора и генератора водорода;
4. Осуществлена разработка технического задания на проведение опытно-конструкторских работ по получению водород-аккумулирующих материалов, обладающих характеристиками, необходимыми для создания прототипов аккумулятора и генератора водорода;
5. Проведено патентное исследование по теме «Разработка наноструктурированных сплавов и композитов на основе магния и алюминия, обладающих повышенной водородсорбционной емкостью и перспективных для хранения водорода в связанном состоянии». Планируется подача заявки на патент: Тарасов Б.П., Фурсиков П.В., Борисов Д.Н. «Способ улучшения кинетики гидрирования пластичных водород-аккумулирующих сплавов».
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.6 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области энергоэффективности, энергоснабжения и ядерной энергетики
Тема
Исследования, разработки и создание новых технологий и систем безопасного хранения водорода в твердофазном связанном состоянии на основе обратимых металлогидридов и композитных наноструктурных материалов.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка технологии производства нового поколения экономнолегированных высокопрочных наноструктурированных алюминиевых сплавов, производимых с использованием алюминия, получаемого по технологии электролиза с инертным анодом
Продолжительность работ
2014 - 2016, 29 мес.
Бюджетные средства
60 млн
Количество заявок
2
Тема
Создание метрологического комплекса и нормативно-методической базы для обеспечения единства измерений сорбционной емкости наноструктурированных функциональных материалов.
Продолжительность работ
2008 - 2010, 24 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка эффективных способов получения новых теплозащитных матричных полимерных наноструктурированных композитов.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 19 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
1
Тема
Создание научно-технического задела по технологиям безопасного хранения и очистки водорода на основе обратимых твердофазных аккумулирующих сред.
Продолжительность работ
2007 - 2008, 16 мес.
Бюджетные средства
36 млн
Количество заявок
3