Активация интерметаллического соединения TiFe аммиаком

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Интерметаллическое соединение TiFe является одним из классических примеров водород-аккумулирующих материалов. Однако его практическое использование в металлогидридных аккумуляторах водорода затруднено рядом факторов и прежде всего жесткими условиями активации сплава для его последующего гидрирования. Известно несколько способов решения этой задачи. В данной работе исследовано взаимодействие интерметаллида TiFe с аммиаком как гидрирующим агентом под давлением 7.5 атм в присутствии 1–3 мас% NH4Cl как активирующей и катализирующей добавки при температурах 200–300°C с предполагаемым образованием твердого раствора водорода состава TiFeH~0.1, который является эффективным активатором гидрирования интерметаллида TiFe. Установлено, что при использовании разработанных оптимальных условий обработки TiFe аммиаком (добавка 1–3 мас% NH4Cl, температура реакции 200°C и 8-часовая продолжительность) образуются гидридные фазы интерметаллида, которые после вакуумирования при 100–150°С с последующим насыщением водородом под давлением 30 атм при комнатной температуре превращаются в дигидрид TiFeH~2. Экспериментально показано, что предварительно активированный аммиаком и хлоридом аммония TiFe может применяться в системах хранения водорода: после проведения 10-кратного процесса зарядки–разрядки водородоемкость металлогидридного аккумулятора водорода сохраняется.

About the authors

V. N. Fokin

Federal Research Centre for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry RAS

Email: fvn@icp.ac.ru

P. V. Fursikov

Federal Research Centre for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry RAS

Email: fvn@icp.ac.ru

E. E. Fokina

Federal Research Centre for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry RAS

Email: fvn@icp.ac.ru

M. V. Lototskiy

Federal Research Centre for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry RAS; HySA Systems Centre of Competence

Email: fvn@icp.ac.ru
University of the Western Cape, Robert Sobukwe Rd., Bellville, 7535 South Africa

M. W. Davids

HySA Systems Centre of Competence

Email: fvn@icp.ac.ru
University of the Western Cape, Robert Sobukwe Rd., Bellville, 7535 South Africa

B. P. Tarasov

Federal Research Centre for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry RAS

Author for correspondence.
Email: fvn@icp.ac.ru

References

  1. Лотоцкий М. В., Дэвидс М. В., Фокин В. Н., Фокина Э. Э., Тарасов Б. П. Водород-аккумулирующие материалы на основе сплавов титана с железом:
  2. проблемы и решения (обзор). // Теплоэнергетика. 2024. № 3. С. 85–101. https://doi.org/10.56304/S0040363624030032
  3. [Lototskyy M. V., Davids M. W., Fokin V. N., Fokina E. E., Tarasov B. P. Hydrogen-accumulating materials based on titanium and iron alloys (review) // Thermal Engineering. 2024. V. 71. N 3. P. 264–279. https://doi.org/10.1134/S0040601524030030].
  4. Guo F., Namba K., Miyaoka H., Jain A., Ichikawa T. Hydrogen storage behavior of TiFe alloy activated by different methods // Mater. Lett. X. 2021. V. 9. ID 100061. https://doi.org/10.1016/j.mlblux.2021.100061
  5. Dematteis E. M., Berti N., Cuevas F., Latroche M., Baricco M. Substitutional effects in TiFe for hydrogen storage: A comprehensive review // Mater. Adv. 2021. V. 2. N 8. P. 2524–2560. https://doi.org/10.1039/D1MA00101A
  6. Zhang Y.-H., Li C., Yuan Z.-M., Qi Y., Guo S.-H., Zhao D.-L. Research progress of TiFe-based hydrogen storage alloys // J. Iron Steel Res. Int. 2022. V. 29. N 4. P. 537–551. https://doi.org/10.1007/s42243-022-00756-w
  7. Liu H., Zhang J., Sun P., Zhou C., Liu Y., Fang Z. Z. An overview of TiFe alloys for hydrogen storage: Structure, processes, properties, and applications // J. Energy Storage. 2023. V. 68. ID 107772. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.107772
  8. Meraj Alam M., Sharma P., Huot J. Effect of addition of rare earth element La on the hydrogen storage properties of TiFe alloy synthesized by mechanical alloying // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 50. P. 261–271. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.07.049
  9. Reilly J. J., Wiswall R. H. Formation and properties of iron titanium hydride // Inorg. Chem. 1974. V. 13. N 1. P. 218–222.
  10. Zheng W., Song W., Wu T., Wang J., He Y.-L., Lu X. G. Experimental investigation and thermodynamic modelling of the ternary Ti–Fe–Mn system for hydrogen storage applications // J. Alloys Compd. 2021. V. 891. ID 161957. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161957
  11. Jung Y., Lee Y.-S., Suh J.-Y., Huh J.-Y., Cho Y. W. Tailoring the equilibrium hydrogen pressure of TiFe via vanadium substitution // J. Alloys Compd. 2021. V. 854. ID 157263. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157263
  12. Park K. B., Fadonougbo J. O., Na T.-W., Lee T. W., Kim M., Lee D. H., Kwon H. G., Park C.-S., Kim Y. D., Park H.-K. On the first hydrogenation kinetics and mechanisms of a TiFe0.85Cr0.15 alloy produced by gas atomization // Mater. Charact. 2022. V. 192. ID 112188. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2022.112188
  13. Zhao D., Han Z., Zhai T., Yuan Z., Qi Y., Zhang Y. Advances in activation property of hydrogen storage for TiFe-based alloy // Chin. J. Rare Met. 2020. V. 44. N 4. P. 337–351. https://doi.org/10.13373/j.cnki.cjrm.XY19120004
  14. Davids M. W., Lototskyy M. Influence of oxygen introduced in TiFe-based hydride forming alloy on its morphology, structural and hydrogen sorption properties // Int. J. Hydrogen Energy. 2012. V. 37. N 23. P. 18155–18162. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.09.106
  15. Lee S.-M., Perng T.-P. Effects of boron and carbon on the hydrogenation properties of TiFe and Ti1.1Fe // Int. J. Hydrogen Energy. 2000. V. 25. P. 831–836. https://doi.org/10.1016/S0360-3199(99)00107-X
  16. Ha T., Lee S.-I., Hong J., Lee Y.-S., Kim D.-I., Suh J.-Y., Cho Y.W., Hwang B., Lee J., Shim J.-H. Hydrogen storage behavior and microstructural feature of a TiFe–ZrCr2 alloy // J. Alloys Compd. 2021. V. 853. ID 157099. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157099
  17. Alam M. M., Sharma P., Huot J. On the hydrogen storage properties of cast TiFe mechanically milled with an intermetallic LaNi5 and rare-earth elements La and Ce // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 50. P. 727–737. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.08.100
  18. Фокин В. Н., Фурсиков П. В., Фокина Э. Э., Лотоцкий М. В., Тарасов Б. П. Гидрирование TiFe в присутствии интерметаллида СеСо3 как активирующей добавки // ЖПХ. 2024. Т. 97. № 5. С. 410–416. https://doi.org/10.31857/S0044461824050074
  19. Фокин В. Н., Фурсиков П. В., Фокина Э. Э., Лотоцкий М. В., Тарасов Б. П. Гидрирование интерметаллического соединения TiFe в присутствии твердого раствора водорода TiFeH~0.1 // ЖПХ. 2024. Т. 97. № 1. С. 37–44. https://doi.org/10.31857/S0044461824010055
  20. Фокин В. Н., Фокина Э. Э., Тарасов Б. П. Исследование взаимодействия титана и его сплавов с железом с водородом и аммиаком // ЖПХ. 2019. Т. 92. № 1. С. 39–48. https://doi.org/10.1134/S0044461819010055
  21. [Fokin V. N., Fokina E. E., Tarasov B. P. Study of the interaction with hydrogen and ammonia of titanium and its alloys with iron // Russ. J. Appl. Chem. 2019. V. 92. N 1. P. 35–44. https://doi.org/10.1134/S1070427219010051].
  22. Тарасов Б. П., Фокина Э. Э., Фокин В. Н. Синтез гидридов интерметаллических соединений // ЖОХ. 2014. Т. 84. № 2. С. 199–203. https://www.elibrary.ru/rylkon
  23. [Tarasov B. P., Fokina E. E., Fokin V. N. Preparation of hydrides of intermetallic compounds // Russ. J. Gen. Chem. 2014. V. 84. N 2. P. 194–197. https://doi.org/10.1134/S1070363214020054].
  24. Tarasov B. P., Fokin V. N., Fokina E. E., Yartys V. A. Synthesis of hydrides by interaction of intermetallic compounds with ammonia // J. Alloys Compd. 2015. V. 645. Suppl. 1. P. S261–S266. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.01.007
  25. Тарасов Б. П., Фокина Э. Э., Фокин В. Н. Диспергирование и фазовые превращения при взаимодействии с аммиаком интерметаллических соединений и сплавов Ti, Zr и Y с железом и никелем // Изв. АН. Сер. Хим. 2016. № 8. С. 1887–1892. https://www.elibrary.ru/wjkwtr
  26. [Tarasov B. P., Fokina E. E., Fokin V. N. Dispergation and phase transformations in interaction with ammonia of intermetallic compounds and alloys of Ti, Zr and Y with iron and nickel // Russ. Chem. Bull. 2016. V. 65. N 8. P. 1887–1892. https://doi.org/10.1007/s11172-016-1529-2].
  27. Сон В. Б., Шимкус Ю. Я., Можжухин С. А., Бочарников М. С., Фокина Э. Э., Тарасов Б. П. Применение интерметаллидов (La,Ce)Ni5 в системах водородного аккумулирования энергии // ЖПХ. 2020. Т. 93. № 9. С. 1332–1339. https://doi.org/10.31857/S0044461820090108
  28. [Son V. B., Shimkus Yu. Ya., Mozhzhukhin S. A., Bocharnikov M. S., Fokina E. E., Tarasov B. P. Application of intermetallics (La,Ce)Ni5 in hydrogen energy storage systems // Russ. J. Appl. Chem. 2020. V. 93. N 9. P. 1380–1386. https://doi.org/10.1134/S1070427220090104].
  29. Toby B. H. CMPR — a powder diffraction toolkit // J. Appl. Crystallogr. 2005. V. 38. P. 1040–1041. https://doi.org/10.1107/S0021889805030232
  30. Stuwe H. P., Shimomura Y. Gitterkonstanten der kubisch raumzentrierten Phasen FeTi // Z. Metallkd. 1960. Bd 51. S.180–181. https://doi.org/10.1515/ijmr-1960-510308
  31. Фокин В. Н., Фокина Э. Э., Коробов И. И., Тарасов Б. П. Фазовые превращения в системах Ti2Fe–H2 и Ti2Fe–NH3 // ЖНХ. 2016. Т. 61. № 7. С. 931–935. https://doi.org/10.7868/S0044457S16070047
  32. [Fokin V. N., Fokina E. E., Korobov I. I., Tarasov B. P. Phase transformation in the systems Ti2Fe–H2 and Ti2Fe–NH3 // Russ. J. Inorg. Chem. 2016. V. 61. N 7. P. 891–895. https://doi.org/10.1134/S0036023616070044].
  33. Schwab E., Wicke E. Nitrogen absorption by the intermetallic compound TiFe and catalytic activity in ammonia synthesis // Z. Phys. Chem. N.F. 1980. V. 122. P. 217–224. https://doi.org/10.1524/zpch.1980.122.2.217
  34. Busch G., Schlapbach L., Stucki F., Fischer P., Andresen A. F. Hydrogen storage in FeTi: Surface segregation and its catalytic effect on hydrogenation and structural studies by means of neutron diffraction // Int. J. Hydrogen Energy. 1979. V. 4. P. 29–39. https://doi.org/10.1016/0360-3199(79)90127-7
  35. Reidinger F., Lynch J. F., Reilly J. J. An X-ray diffraction examination of the FeTi–H2 system // J. Phys. F: Met. Phys. 1982. V. 12. P. L49–L55. https://doi.org/10.1088/0305-4608/12/3/007
  36. Williams M., Lototsky M. V., Davids M. W., Linkov V., Yartys V. A., Solberg J. K. Chemical surface modification for the improvement of the hydrogenation kinetics and poisoning resistance of TiFe // J. Alloys Comp. 2011. V. 509. Suppl. 2. P. S770–S774. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.11.063
  37. Breñosa A. G., Rodríguez F., Moreno M. Phase transition temperatures and thermal hysteresis in NH4Cl1–xBrx (x ≤ 0.05) crystals determined through charge transfer spectra of Cu2+(II) centres // Solid State Commun. 1993. V. 85. P. 135–140. https://doi.org/10.1016/0038-1098(93)90362-Q
  38. Numakura H., Koiwa M. Hydride precipitation in titanium // Acta Metal. 1984. V. 32. P. 1799–1807. https://doi.org/10.1016/0001-6160(84)90236-0
  39. Fischer P., Schefer J., Yvon K., Schlapbach L., Riesterer T. Orthorhombic structure of γ-TiFeD≈2 // J. Less-Common Met. 1987. V. 129. P. 39–45. https://doi.org/10.1016/0022-5088(87)90031-2
  40. Korenev V. V., Tomin V. P., Zhdaneev O. V., Kapustin V. M. Phase equilibriums of ammonium chloride systems as model hydrogenolysis products of organochlorine compounds under naphtha hydrotreating conditions // Petrol. Chem. 2022. V. 62. N 4. P. 376–382. https://doi.org/10.1134/S0965544122020177

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».