مطالعه خواص هیدریدی نانوکامپوزیت MgH2-10 wt.% (38TiO2-36NiO-26C) تهیه شده به روش آسیاکاری مکانیکی

نویسنده

Materials and Metallurgy, Hamedan University of Technology

چکیده

در این تحقیق اثر کاتالیزورهای پایه 38TiO2-36NiO-26C(درصد وزنی) تهیه شده به روش آسیاکاری به مدت 20 ساعت و عملیات حرارتی در دماهای 300، 600، 900 و 1200 درجه سانتی‌گراد بر قابلیت دفع هیدروژن از هیدرید منیزیم مطالعه شد. نتایج نشان داد که اثر آسیاکاری هیدرید منیزیم بدون استفاده از کاتالیزور، بر میزان دفع هیدروژن از هیدرید منیزیم در دمای 350 درجه سانتی‌گراد بسیار ناچیز (حدود 6/0 درصد وزنی) است در حالی‌که افزودن کاتالیزور موجب کاهش دما و افزایش مقدار دفع هیدروژن می‌شود. بررسی‌های انجام شده نشان داد که ساختار فازی کاتالیزورها در بهبود قابلیت دفع هیدروژن از هیدرید منیزیم تاثیر دارند. نمونه‌های تهیه شده با 20 ساعت آسیاکاری مکانیکی هیدرید منیزیم و کاتالیزورهای تهیه شده در دماهای 600، 900 و 1200 درجه سانتی‌گراد که به ترتیب حاوی فازهای جدید Ni، TiO2 با ساختار آناتاز و NiTiO3 بودند، تا دمای 400 درجه سانتی‌گراد، به ترتیب 3/5، 15/4 و 45/6 درصد وزنی دفع هیدروژن داشتند. در شرایط مشابه، هیدرید منیزیم اولیه و هیدرید منیزیم 20 ساعت آسیاکاری شده به ترتیب 0 و 6/0 درصد وزنی هیدروژن دفع کردند. هم‌چنین در نمونه‌های تهیه شده با 50 ساعت آسیاکاری هیدرید منیزیم و کاتالیزورهای عملیات حرارتی شده در دماهای 300، 600، 900 و 1200 درجه سانتی‌گراد، دمای شروع دفع هیدروژن به ترتیب 205، 210، 225 و 200 درجه سانتی‌گراد و میزان دفع هیدروژن 4/5، 3/6، 1/7 و 32/5 درصد وزنی بود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Studying of the Hydriding Properties of MgH2-10 wt. % (38TiO2-36NiO-26C) Nano-Composite Prepared by Mechanical Milling

چکیده [English]

The effect of catalysts with compound of 38TiO2-36NiO-26C (wt.%) prepared by 20 hours mechanical milling and heat treatment at 300, 600, 900, and 1200 °C on H2 desorption properties of MgH2 was studied. It is found that H2 desorption capacity of milled MgH2 without catalyst addition at 350 °C is negligible (0.6 wt. %), while catalyst addition to MgH2 and ball milling decreased the H2 desorption temperature and increased the H2 desorption capacity, significantly. Also, it is found that catalyst phase structures effect on hydrogen desorption properties of MgH2. Samples prepared by 20 hours ball milling of MgH2 and catalyst synthesized at 600, 900, and 1200 °C which respectively contains Ni, TiO2 (Anatase), and NiTiO3 as a new phase, desorbed 5.3, 4.15, and 6.45 wt. % hydrogen up to 400 °C, respectively. In comparison, as-received MgH2 and 20 hours ball milled MgH2 desorbed 0 and 0.6 wt. % H2, in the same condition. Moreover, samples prepared by 50 hours ball milling of MgH2 and catalysts synthesized at 300, 600, 900, and 1200 °C, desorbed hydrogen at 205, 210, 225, 200 °C with hydrogen desorption of 5.4, 6.3, 7.1, 5.32 wt. %, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Magnesium hydride
  • Hydrogen storage
  • Catalyst
  • Mechanical milling
  • NiTiO3
 
1. Varin, R.A., Czujko, T., Wronski, Z.S., Nanomaterials for Solid State Hydrogen Storage, 1st ed., Springer Science, New York, 2009.
2. Yildiz, B., Kazimi, M.S., "Efficiency of hydrogen production systems using alternative nuclear energy technologies", International Journal of Hydrogen Energy, 2006, 31, 77–92.
3. Turner, J.A., Williams, M.C., Rajeshwar, K., "Hydrogen economy based on renewable energy sources", Electrochemical Society Interface, 2004, 13, 24-30.
4. Schlapbach, L., Züttel, A., "Hydrogen-storage materials for mobile applications", Nature, 2001, 414, 353-358.
5. Walker, G., Solid-state Hydrogen Storage Materials and Chemistry, Wood head Publishing Limited, 1st ed., Cambridge, England, 2008.
6. Berube, V., Dresselhaus, M.S., Chen, G., "Nanostructuring impact on the enthalpy of formation of metal hydrides", Materials Issues in Hydrogen Economy, Richmond, Virginia, USA, 12-15 November 2007, 92-102.
7. Bockris, J.O.M., "Will lack of energy lead to the demise of high-technology countries in this century?", International Journal of Hydrogen Energy, 2007, 32, 153-158.
8. Dornheim, M., Eigen, N., Barkhordarian, G., Klassen, T., Bormann, R., "Tailoring hydrogen storage materials towards application", Advanced Engineering Materials, 2006, 8, (5), 377-385.
9. Varin, R. A., Czujko, T., Wronski, Z., "Particle size, grain size and gamma-MgH2 effects on the desorption properties of nanocrystalline commercial magnesium hydride processed by controlled mechanical milling", Nanotechnology, 2006, 17, 3856-3865. 
10. Pranzas, P.K., Dornheim, M., Boesenberg, U., Fernandez, J.R., Goerigk, G., Roth, S.V., Gehrke, R., Schreyer, A., "Small-angle scattering investigations of magnesium hydride used as a hydrogen storage material", Journal of Applied Crystallography, 2007, 40  (S1), 383-387.
11. Dornheim, M., Doppiu, S., Barkhordarian, G., Boesenberg,  U., Klassen, T., Gutfleisch, O., Bormann, R., "Hydrogen storage in magnesium-based hydrides and hydride composites", Scripta Materialia, 2007, 56, 841-846.
12. Reule, H., Hirscher, M., WeissHardt, A., Krönmuller, H., "Hydrogen desorption properties of mechanically alloyed MgH2 composite materials", Journal of Alloys and Compounds, 2000, 305, 246-252. 
13. مهری، ف.، " سنتز کاتالیست نانو کامپوزیت بر پایه38wt%TiO2- 36wt%NiO-26wt%C  به روش مکانوترمال و بررسی اثر کاتالیستی آن در قابلیت دفع هیدروژن از MgH2"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه تهران، 1392. 
14. Cullity, B. D., Elements of X-ray Diffraction, 2nd ed., 1978, New York.
15. پورعبدلی، م. ،"مطالعه خواص هیدریدی پودر کامپوزیتی نانوساختار MgH2 و ترکیب سه تایی غنی از نیکلNi-Mg-Y تهیه شده به وسیله آسیاکاری مکانیکی"، پایان‌نامه دکتری، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه تهران، 1392.