بررسي خواص ذخيره‌سازي جامد هيدروژن بر روي كامپوزيت نانوساختار (Mg - 60 at% (Ti-Cr-Fe توليد شده به روش آسياكاري مكانيكي

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش خواص ذخيره‌سازي هيدروژن پودرهاي كامپوزيتي نانوساختار Mg-60 at.% (28Ti-32Cr-40Fe) و نيز تأثير تقدم و تأخر افزودن تيتانيوم بر ترموديناميك و سينتيك جذب/واجذب هيدروژن مورد بررسي قرار گرفت. سه فاكتور مهم براي بهبود آنتالپي واكنشي و سينتيك جذب/واجذب هيدروژن عبارتند از: 1-كاهش اندازه دانه تا حد نانومتري، 2-افزايش سطح تماس ماده جاذب با هيدروژن و 3-آلايش زمينه با عناصر فعال كاتاليستي. آسياكاري مكانيكي روش قدرتمندي است كه از طريق آن مي‌توان توأمان به سه فاكتور فوق دست يافت. لذا با استفاده از آسياكاري گلوله‌اي سياره‌اي تحت اتمسفر آرگون، دو نمونه A و B با تركيب يكسان (Mg-60 at.% (28Ti-32Cr-40Fe توليد شدند. در نمونه A هر چهار عنصر فلزي Mg، Ti، Cr و Fe به مدت 60 ساعت آسياكاري شدند. در نمونه B ابتدا سه عنصر فلزي Mg، Cr و Fe به مدت 30 ساعت آسياكاري شدند، سپس عنصر Ti به محفظه افزوده شد و عمليات آسياكاري تا 60 ساعت ادامه يافت. خواص جذب/واجذب هيدروژن نمونه‌ها با استفاده از دستگاه حجم‌سنجي سيورت و آناليز حرارتي هم‌زمان (STA)، در دماي C˚ 400، مورد بررسي قرار گرفت. تحولات فازي صورت گرفته قبل و بعد از جذب هيدروژن توسط آناليز پراش اشعه X بررسي شد. خصوصيات مورفولوژي و ساختار سطحي نمونه‌هاي توليد شده با استفاده از تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مورد ارزيابي قرار گرفت. ميزان تخلخل و سطح ويژه نمونه‌هاي توليد شده با استفاده از دستگاه آناليز BET تعيين شد. اندازه كريستاليت زمينه منيزيمي در نمونه A تا 6 نانومتر و در نمونه B تا 18 نانومتر .كاهش يافت. نمونه A در فشار تعادلي MPa 0.27 مقدار wt.% 3.4 هيدروژن جذب و در فشار تعادلي 0.12 MPa مقدار wt.% 3.3 هيدروژن واجذب كرد. نمونه B در فشار تعادلي MPa 0.42 مقدار wt.% 2.9 هيدروژن جذب و در فشار تعادلي MPa 0.21 مقدار wt.% 2.7 هيدروژن واجذب كرد. نتايج حاصل از اين پژوهش نشان مي‌دهد كه نمونه A ظرفيت ذخيره‌سازي و خواص جذب/واجذب بهتري نسبت به نمونه B دارد. با توجه به نتايج حاصل، حضور Ti از ابتداي فرآيند آسياكاري منجر به تشكيل تركيباتي با فعاليت كاتاليستي مؤثرتر، پراكندگي ذرات همگن‌تر، اندازه ذرات كوچك‌تر و ساختار بلوري ريزدانه‌تر مي‌شود. البته در سيستم‌هاي كامپوزيتي مشابه، محققان مقادير بالاي واجذب wt.% H2 5-4 نيز گزارش كرده‌اند؛ ولي باتوجه به اينكه نمونه‌هاي آن‌ها در شرايط آسياكاري پرانرژي تحت اتمسفر هيدروژن سنتز شده بودند، دستيابي به چنين نتايجي در كاربردهاي عملي امكان‌پذير نيست و نتايج پژوهش حاضر مطابقت بيشتري با شرايط عملياتي واقعي دارد.

190595

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر ميثم جلالي

مهندسي مواد - نانو مواد (نانوفناوري)

دكتر حسين بنا متجدد امروز - دكتر علي كفلو