Звягинцева Алла Витальевна, кандидат технических наук, доцент,
14, Московский пр., Воронеж, 394026.
Alla Vitalievna Zvyagintseva, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor,
14, Moskovsky pr., Voronezh, 394026.
Исследован вариант водородного аккумулятора на основе электрохимических систем. В качестве основы был использован никель как материал, обладающий большей склонностью к поглощению водорода. Электрохимическим методом синтезированы композиты Nix-Вy-H(D)z, в которых, при увеличении содержания бора, происходит улучшение растворимости включаемого водорода. Бор - примесная ловушка для атомов водорода в электрохимических композитах Ni–B.
Проведен анализ данных, связанных с изучением внутреннего трения нитей чистого бора. Показано наличие низкотемпературных пиков внутреннего трения нитей бора. Проведено сопоставление характера температурной зависимости внутреннего трения для бора и температурной зависимости экстракции водорода из электрохимических систем Nix-By-Hz. Наличие релаксационных колебаний в структурах содержащих бор обуславливает свободное течение водорода из данных систем при комнатной температуре. Повышение концентрации бора в системе должно приводить к увеличению величины пика внутреннего трения и к его смещению в область более низких температур в отличие от чистого никеля.
В присутствии бора водородная проницаемость никеля редуцируется, так как в окрестности примеси замещения малого атомного радиуса – бора, встраивающегося в ГЦК решетку никеля, возникают напряжения растяжения, поэтому водород сегрегируется около бора с большим синергизмом, чем с никелем. Оценен потенциал взаимодействия атома водорода с примесной ловушкой, атомом бора - 0,42 эВ.
Обосновано влияние концентрации бора на структуру композитов никель-бор-водород. Повышение концентрации легирующего компонента бора в никеле увеличивает дисперсность и приводит к выравниванию микропрофиля поверхности и формированию структур наноразмерного диапазона.
Представлены результаты исследований кинетики десорбции водорода из электрохимических композитов Ni-B. Содержание водорода в образцах Nix-By-Hz (9 ат. % бора), измеренное по методу вакуумной экстракции, составило, 600 см3 /100 г, что значительно превышает соответствующее значение для электрохимического никеля ~100 см3 /100 г. Изучены спектры термодесорбции дейтерия из композитов Ni–B, предварительно имплантированных различными дозами ионов дейтерия при Т~100 К. Установлено, что структура спектра термодесорбции дейтерия является функцией имплантационной дозы. Содержание дейтерия для никеля соответствует соотношению Ni:D = 1:1, а для композита Ni95B5 [Ni95:B5] :D = 1:1,25. Для никеля формируется четко выраженный пик с температурой максимума 325 К. Для композита Ni–B спектр термодесорбции имеет размытый пик с температурой максимума 325 К и область десорбции дейтерия в диапазоне температур 250-500 К.
A variant of a hydrogen battery based on electrochemical systems has been studied. Nickel was used as the base, as a material with a greater tendency to absorb hydrogen. Nix-Вy-H(D)z, composites have been synthesized electrochemically, in which, with an increase in the boron content, the solubility of the incorporated hydrogen improves. Boron is a trap for hydrogen atoms in Ni-B electrochemical composites.
The analysis of data related to the study of the internal friction of pure boron filaments is carried out. The presence of low-temperature peaks of internal friction of boron filaments is shown. The nature of the temperature dependence of internal friction for boron and the temperature dependence of hydrogen extraction from Nix-By-Hz electrochemical systems are compared. The presence of relaxation vibrations in structures containing boron causes the free flow of hydrogen from these systems at room temperature. An increase in the concentration of boron in the system should lead to an increase in the magnitude of the peak of internal friction and to its displacement to a region of lower temperatures, unlike pure nickel.
In the presence of boron, the hydrogen permeability of nickel is reduced, since tensile stresses occur in the vicinity of the substitution impurity of a small atomic radius – boron embedded in the FCC lattice of nickel. Hydrogen accumulates near boron to a greater extent than near nickel. The interaction potential of a hydrogen atom with an impurity trap, a boron atom, is estimated at 0.42 eV.
The influence of boron concentration on the structure of nickel-boron-hydrogen composites is substantiated. An increase in the concentration of the alloying component boron in nickel increases the dispersion, leads to the alignment of the surface profile and the formation of structures of the nanoscale range.
The results of studies of the kinetics of hydrogen desorption from Ni-B electrochemical composites are presented. The hydrogen content in Nix-By-Hz samples (9 at. % boron), measured by the vacuum extraction method, was 600 cm3 /100 g, which is significantly higher than the corresponding value for electrochemical nickel ~100 cm3 /100 g.
The spectra of thermal desorption of deuterium from Ni–B composites pre-implanted with various doses of deuterium ions at T~100 K have been studied. It has been established that the structure of the deuterium thermal desorption spectrum is a function of the implantation dose. The deuterium content for nickel corresponds to the ratio Ni:D = 1:1, and for the composite Ni95B5 [Ni95:B5] :D = 1:1,25. For nickel, a clearly defined peak is formed with a maximum temperature of 325 K. For the Ni–B composite, the thermal desorption spectrum has a blurred peak with a maximum temperature of 325 K and a deuterium desorption region in the temperature range of 250-500 K.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.