Зміст роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п’яти
розділів,
висновків та списку цитованої літератури.
У першому
розділі здійснено огляд літератури, в якому розглянуто основні
сучасні способи і методи зберігання водню та їх характеристики. Здійснено
аналіз даних, одержаних при вивченні властивостей накопичувачів водню на основі
різних матеріалів та можливих шляхів покращення їх сорбційних властивостей.
Проаналізовано основні шляхи методи покращення сорбційних характеристик
матеріалів-накопичувачів водню. Всебічно розглянуто застосування методу
механоактиваційної обробки з використанням різних легуючих добавок (перехідних
та рідкісноземельних елементів, оксидів перехідних елементів, солей), який
дозволяє одночасно поєднати переваги від легування та зменшення розміру
частинок. Окремо розглянуто водневоакумулюючі матеріали на основі магнію,
проаналізовано методи впливу різних факторів на їх сорбційні властивості.
Особливу увагу приділено результатам досліджень впливу різних алотропних
модифікації вуглецю на сорбційні властивості магнію. В результаті аналізу
літературних даних показано, що на даний час не існує фізично обґрунтованого
підходу щодо природи позитивного впливу вуглецю на процес поглинання водню
магнієм в умовах реактивної механоактиваційної обробки.
У другому
розділі наведено відомості про матеріали, які було досліджено;
описано спосіб одержання магній-вуглецевих композитів методом
механоактиваційної обробки; стисло описано основі методи дослідження їх
структури та параметрів сорбції водню.
У третьому
розділі приведені результати дослідження кінетики сорбції водню
магній-вуглецевими композитами під час РМО в атмосфері водню при підвищеному
тиску та після МО і наступного насичення воднем в процесі неперервного
нагрівання в апараті Сівертса, структури та фазового складу, синтезованих
порошків, а також експериментальні дані щодо термічної стабільності
синтезованих гідридів.
Дослідження фазового складу порошків після РМО дозволило виявити, що в них
присутні гідрид магнію, незначна кількість магнію та відсутні будь-які інші
фази, зокрема карбіди магнію. Методами низькотемпературної адсорбції азоту було
визначено питому площу поверхні, середній розмір порожнин та оцінено середній
розмір порошинок (агломератів) після РМО. Показано, що додавання до магнію
вуглецевих матеріалів різного типу сприяє суттєвому покращенню кінетики
поглинання водню. Причому, у випадку застосування графіту та аморфного вуглецю
з великою питомою площею поверхні спостерігається зменшення розміру частинок
порошку магнію, збільшення питомої площі одержаних магній-вуглецевих матеріалів
та прискорення у - рази швидкості гідрування магнію. Дослідження процесу
термічного розкладання гідридів, одержаних під час реактивної
механоактиваційної обробки дозволило встановити, що додавання вуглецевих
матеріалів різного типу до магнію під час реактивної механообробки знижує
температуру початку виділення водню. Найбільший ефект спостерігається у випадку
використання графіту та аморфного вуглецю з великою вихідною питомою площею
поверхні.
У четвертому
розділі наводяться результати дослідження особливостей розподілу
вуглецевих матеріалів у синтезованих порошках магнію та структурного стану
вуглецевих матеріалів після розмелювання, на основі яких запропоновано модель
будови композиту.
Показано, що частинки порошку являють собою агломерати, що складаються з
окремих кристалітів магнію. Встановлено, що вуглецеві матеріали зазнають під
час механообробки інтенсивного руйнування, у наслідок чого зростає їх
дисперсність і підвищується ефективність екранування частинок магнію вуглецем в
процесі обробки. Пошаровий аналіз розподілу хімічних елементів у синтезованих
порошках показав, що вуглець знаходиться на поверхні частинок і у міжзеренних
порожнинах. Застосування трансмісійної електронної мікроскопії дозволило
отримати дані про структуру одержаних композитів: встановити форму та розмір
окремих порошинок та їх будову. Одержані експериментальні дані дозволяють
запропонувати дві можливі моделі будови отриманих композитів: розглядати їх у
вигляді окремих частинок магнію, покритих тонким шаром (декілька нанометрів)
вуглецю (типу “ядро-оболонка”) або як сукупність частинок магнію, занурених в
вуглецеве середовище.
У п’ятому
розділі наведено результати математичного моделювання процесу
гідрування магнію. Для випадку, коли швидкість насичення визначається дифузією
водню крізь шар гідриду, що росте, було теоретично оцінено тривалість повного
гідрування окремої сферичної частинки в рамках моделі “ядра, що стискується”.
Запропонована математична модель процесу гідрування в неізотермічних умовах
порошків (у процесі безперервного нагрівання зразка в атмосфері водню),
одержаних механоактиваційною обробкою магнію з різними алотропними формами
вуглецю, дає задовільний збіг розрахунків з експериментальними даними (зміна
тиску в системі при неперервному нагріванні порошку). Проведені розрахунки
підтвердили припущення, що лімітуючою стадією процесу насичення магнію воднем є
дифузія водню крізь шар гідриду магнію.
РОЗДІЛ
ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ
1. Методи зберігання водню
Одне з найважливіших завдань, успішне вирішення якого багато в чому сприятиме
подальшому прогресу водневої енергетики, є організація технічно і економічно
ефективного зберігання і транспортування водню. Хоча водень – енергоємний і
екологічно чистий енергоносій, його використання представляє значні
незручності, пов'язані з надзвичайно низькою густиною (~, кг/м). Для
забезпечення -кілометрового пробігу електромобіля на паливних елементах
необхідно мати на борту кг водню, який за нормальних умов (при температурі
навколишнього середовища і атмосферному тиску) займає об’єм ~ м3. Для того,
щоб збільшити густину водню, його необхідно або стиснути до тиску у кілька
сотень атмосфер, або охолодити нижче температури кипіння ( К), або перевести
в зв'язаний стан. Перші два підходи реалізуються у фізичних методах, коли
молекули водню не взаємодіють з середовищем зберігання, третій – в хімічних або
фізико-хімічних методах (адсорбція, абсорбція, хімічна реакція), коли водень
компактно «упакований» в матеріалі зберігання [-].
До теперішнього часу освоєно виробництво газобалонного і кріогенного рідкого
водню. Інші методи мають статус перспективних, в основному, знаходячись на
стадії технологічних розробок або дрібномасштабного промислового виробництва.
Умови зберігання водню зумовлюють енерговитрати на реалізацію того або іншого
методу: чим вище тиск водню і різниця між температурою зберігання та
температурою навколишнього середовища, тим вище енерговитрати. Оптимальний
метод повинен поєднувати високу «густину зберігання» водню з низькими
енерговитратами. Проте це не завжди можливо, оскільки, будучи лідером за одним
з показників, той або інший метод зберігання водню, як правило, поступається
альтернативним за іншими характеристиками.
Про актуальність
- Київ+380960830922