18221

18221

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

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد - نانو مواد (نانوفناوري)

مهر ماه 1396

دكتر حسين بنا متجدد امروز - دكتر علي كفلو

دكتر ميثم جلالي

فناوري هاي نوين

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.

1396/10/04

12/25/2017 12:00:00 AM

In this study the hydrogen storage properties of the nanocrystalline Mg-Ti-Cr-Fe composite powders were eva​luated. Two kind of nanocrystalline composite with the same Compound of Mg-60 at. % (28Ti-32Cr-40Fe) was synthesized via mechanical milling under argon atmosphere. In the first composite, called sample A, all Metal elements of Mg, Cr, Fe & Ti was milled up to 60 hour together. In the second composite, called sample B, at the first 30 hour of ball milling, three elements of Mg, Cr & Fe Were present. After 30 hours, Ti Elemental Powder was addet to vial and the milling operation was continued up to 60 hours. The hydrogen absorption/desorption properties of these two composite powders were investigated. The phases formed after 60 hours milling in sample A were consist of: FeTi, Cr2Ti, Cr0.26Fe1.74 & Ti5Cr7Fe17 and in sample B were: FeCr, Cr2Ti & Fe2Ti. the phases which were formed after hydrogenation, in Sample A were: Cr0.26Fe1.74, Cr1.8TiH5.3, FeTiH, FeTiH2, Ti5Cr7Fe17H0.07, β-MgH2 & γ-MgH2 and in sample B were: FeCr, Cr1.8TiH5.3, Fe2Ti & β-MgH2. the crystallite size of magnesium matrix was reduced up to 6 nm in sample A and 18 nm in Sample B. Significant differences in the particle morphology were observed in sample A than sample B. in sample A more particle refinement and homogenous dispersion of particles, in the shape and size, was achieved. Therefore the composites containing Ti from the beginning of milling operation was led to the formation of compounds with enhanced catalytic effect, more homogeneous morphology, smaller particle size and more fine grained nanostructure. In the temperature of 400 °C, sample A absorb 3.4 wt. % H2 at the equilibrium pressure of 0.27 MPa and desorb 3.3 wt. % H2 at the equilibrium pressure of 0.12 MPa. At the same temperature, sample B absorb 2.9 wt. % H2 at the equilibrium pressure of 0.42 MPa and desorb 2.7 wt. % H2 at the equilibrium pressure of 0.21 MPa. It is obviously seen that sample A has higher hydrogen storage capacity and enhanced hydrogen absorption/desorption properties. As a result, these improved features of sample A could be attributed to the presence of Ti from the Beginning of mechanical milling process.