Состав для аккумулирования водорода Советский патент 1985 года по МПК C01B6/02 

(Л

С Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к гидридам интерметаллических соединений, и может найти применение пр приготовлении аккумуляторов водорода в химической, автомобильной промышленности и металлургии. Известен состав для аккумулирования водорода, представляющий собой сплав, состав которого может быть выражен стехиометрической фор мулой L.,- Mg-. - .. . 8-8У -бу где L - один из редкоземельных эле ментов или сплав на основе церия; Т - один из металлов На группы Периодической системы элементов ; М - один из переходных металло или алюминий, кремний, оло во; X и1|- коэффициенты, изменяющиес от О до 1; а и в-индексы, соответствующие стехеометрии сплава компо нентов L, Т и М ij , Недостатком этого состава является разрушение его при абсорбции водорода с образованием мелкодиспер ного порошка, а также спекаемость и возгонка магния в процессе эксплуатации, что уменьшает содержание водорода в составе. Наиболее близким к предлагаемом по технической с лдности и достигае мому результату является состав дл аккумулирования водорода на основе интерметаллического соединения и негидрируемых металлов - никеля, меди, железа и алюминия, получаемы прессованием и термообработкой ком .понентов 2. Недостаток . известного составаспекаемость и возгонка магния в про цессе .эксплуатации состава, содержащего в качестве интерметаллического соединения магниевый сплав, чт уменьшает содержание водорода в составе. Цель изобретения - снижение спекаемости состава для аккумулирования водорода и предотвращение возго ки магния при сохранении формы и механической прочности. Поставленная цель достигается тем, что состав для аккумулирования водорода на основе магниевого сплав содержащий железо или алюминий, дополнительно содержит оксид алюминия или нитрид бора при следующем соотношении компонентов, мае.%: Железо или алюминий 10-50 Оксид, алюминия или нитрид бора2-5 Магниевый сплав Остальное Используемый магниевый сплав имеет следующий состав, %: Редкоземельный элемент, мишметалл 8-50 Металл из группы А1, Со, N1, Си 0-20 Магний. Остальное Введение в состав для аккумулиpcteaHHH водорода алюминия ипи железа обеспечивает механическую прочность состава и сохранение его формы в процессе гидрирования- дегидрирования . Экспериментально установлено, что присутствие в составе BN или AlgO предотвращает его спекаемость и возгонку магния, что позволяет сохранить высокую сорбционную емкость состава в процессе длительной эксплуатации. Предложенный состав готовится прессованием порошка сп.лава с порошком алюминия или железа и оксида алюминия или нитрида бора при 100500 С и 300-30000 атм. Кроме алюминия или железа могут быть- использованы порошки алюминиевых или железных сплавов, выпускаемых промышленностью. Пример. 9,0г магния и 1,0 церия (86 мас.% сплава) сплавляют в тигельной печи под флюсом КС1 - LiCl при 700°С и отливают в массивную изложницу. После охлаждения спЛав измельчают .и смешивают с 1,2 г порошкообразного алюминия {10 мас.%) и 0,5 г. нитрида бора (4 мас.%). Смесь прессуют при 250®С и 10000 атм. Полученный после прессования образец помещают в металлический реактор, вакуумируют до , рт.ст. в течение 30 мин при 200°С и затем подают водород под давлением 30атм. Количество поглоЩенного водорода рассчитывается по изменению давления в замкнутой системе. После 15 циклов абсорбции-десорбции водорода образец не меняет свою Форму и механическую прочность ..Содержание водорода в образце 6,1 мае. % ( в пересчете на чистый сорбсит 7,09 мас.%). П р и М е р 2. Сплав, содержащий 6,0 г магния, 2,4 г лантана и 1,6 г никеля (48 мас.% сплава) готовят по примеру 1. После измельчения сплав смешивают с 10,5 г порошкообразного железа (50 мас.%)и 0,4 г оксида алюиния (2 мас.%) и прессуют при 400 С и 30000 атм, после чего обрабатывают по примеру 1. После 15 циклов абсорбции-десорбции водорода образец не изменяет свою форму и механическую прочность. Возгонки магния и спекания не наблюдалось . Содержание водорода в образце 2,5 мас.% (в пересчете на чистый сорбент 5,07 мас.%).

Примерз. 5,0 г магния, 1,0 г кобальта и 4,0 г церия сплавляют по примеру 1 {79 мас.% сплава). Сплав измельчают и смешивают с 2,0 г алюминия (16 мас.%) и 0,6 г нитрида бора (5 мас,%). Смесь прессуют при 300°С и 15000 атм и обрабатывают по примеру 1.

После 10 циклов абсорбции-десорбции водорода образец не меняет свою форму и механическую прочность. Возгонки магния к спекания не наблюдалось . Содержание водорода в обг разце 3,7 мас.% (пересчете .на чистый сорбент 4,6 мас.%).

Пример4. 8-Ог магния, 1,0 г мишметалла и 1,0 г алюминия сплавляют по примеру 1 (65 мас.% сплаЕа), измельчают, смешивают с 5,0 г порошкообразного железа (32 мас.%) и 0,4 г оксида алюминия (3 мас.%) и прессуют при 500 С и давлении 7000 атм. Полученный после прессования образец обрабатывают по примеру 1.

После 10 циклов абсорбции-десорбции водорода образец не изменяет свою форму и механическую прочность. Возгонки магния и спекания не наблюдалось. Содержание водорода в образце 4,1 мас.% (в пересчете на чистый сорбент 6,32 мас.%).

П р им е р 5. 6,5 г магния, 3,0 г лантана, 0,5 г меди сплавляют по примеру 1 (85 мас.% сплава). Сплав измельчают и смешивают с 1,5 г порошкообразного дюралевого сплава (13 мас.%) и 0,3 г нитрида бора (2 мас.%). Смесь прессуют при 200 С и 1000 атм и обрабатывают по примеру 1.

После 10 циклов абсорбции-десорбции водорода образец не изменяет свою форму и механическую прочность. Возгонки магния и спекания не наблюдалось. Содержание водорода в образце 4,7 мас.% (в пересчете на сорбент 5,57 мас.%).

Примерб. 9,0г магния и 1,0 г церия (90 мас.% сплава) сплавляют по примеру 1. После охлаждения сплав измельчают и смешивают с 1,2 г порошкообразного алюминия (10 мас.%) Смесь прессуют при 250°С и 10000 атм Полученный после прессования образец обрабатывают по примеру 1.

После 15 циклов абсорбции-десорбции водорода наблюдается спекание образца. Количество поглощенного водорода уменьшается (в пересчете на чистый сорбент) за счет возгонки магния с 7,09 до 6,07 мас.% водорода

П р и м е р 7. Сплав, содержащий 6,0 г магния, 2,4 г лантана и 1,6 г

никеля (50 мас.% сплава) готовят по примеру 1. После измельчения сплав смешивают с 10,0 г порошкообразного железа (50 мас.%) и прессуют при 400°С и 30000 атм, после чего обрабатывают по примеру 1.

После 20 циклов абсорбции-десорбции водорода наблюдается спекание образца. Количество поглощенного водорода уменьшается за счет возгон0ки магния с 5,07 до 4,7 мас.% водорода (в пересчете на чистый сорбент).

Пример 8. 5,О г магния, 1,0 г кобальта и 4,0 г церия сплавляют по примеру 1 (84 мас.% сплава). Сплав измельчают и смешивают с 1,9 г

5 алюминия (16 мас.%). Смесь прессуют при и 15000 атм. и обрабатывают по примеру 1.

После 25 циклов абсорбции-десорбции водорода наблюдается спекание

0 образца. Количество поглощенного водорода уменьшается за счет возгонки магния с 4,6 до 4,0 мас.% водорода (в пересчете на чистый сорбент).

В табл.1 приведены показатели со5держания компонентов в композиционном составе, подтверждающие оптимальность выбранного содержания компонентов .

0

Из приведенных примеров и данных табл. 1 видно, что предлагаемое соотношение композиционного состава является оптимальным. Меньшее по сравнению с указанным,количество

5 алюминия или железа не обеспечивает необходимой механической прочности аккумулирующего состава, большееприводит к значительному уменьшению количества поглощаемого водорода. Меньшее, по сравнению с указанньом

0 количество нитрида бора или оксида алюминия приводит к спеканию состава и возгонке магния, большее - к снижению количества поглощаемого водорода.

5

В табл.2 приведены сопоставительные данные известного и предложенного состава в оптимальных условиях.

Как следует из приведенных примеров в табл.2, использование предло0женного состава по сравнению с прототипом, при сохранении механической прочности предотвращает спекание состава и возгонку магния после 15-25 циклов абсорбции-десорбции и

5 сохраняет постоянным количеством поглощенного водорода. Создание магниевого композиционного состава для аккумулирования водорода позволит значительно упростить конструкции и

0 устройства для хранения и транспортировки водорода.

Таблица

СОСТАВ ДЛЯ АККУМУЛИРОВАНИЯ ВОДОРОДА на основе магниевого сплава, содержащий железо или алюминий, отличающийся тем, что, с целью снижения спекаемости и предотвращения возгонки магния при сохранении формы и механической проч- ности, он дополнительно содержит оксид алюминия или нитрид бора при следующем соотношении компонентов, мае.%: Железо или алюминий 10-50 Оксид алюминия или натрид бора2-5 Магниевый сплав Остальное

1Mg 90,Се 10

Al 7

89 %

2Mg 60, La24,Ni 16Fe 60 38 %

80j. M,n10,Al 32

67 %

Mg 50, C 40,Co 10 Al 16 84 %

4

6,3

Разрушается после 5 циклов

Al2.0j21,9

He наблюдалось

4,1

Pie наблюдалось

(после 15 циклов - 3,8 %)

BN 10

3,0

He наблюдалось

Т a б л -и ц a 2