Hydrogenation and corrosion properties of nanocrystalline A2B7 type, La-Mg-Ni based intermetallics modified by nickel sputtering

• Autorzy: Dymek Martyna , Nowak Marek , Jurczyk Mieczysław , Bala Henryk

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2020.3.1

Warianty tytułu

PL

Wodorochłonne i korozyjne właściwości nanokrystalicznych związków typu A2B7 na bazie La-Mg-Ni modyfikowanych przez napylanie niklem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper, hydrogenation and corrosion properties of three kinds of nanocrystalline La1.5Mg0.5Ni7 type alloys obtained by mechanical alloying (MA) method are discussed in view of their application as anodic materials for Ni/MH batteries. Partial substitutions of cobalt for nickel and gadolinium for lanthanum and then magnetron sputtering of the intermetallic powders with amorphous nickel distinctly change functional parameters of the hydrogen storage material. It is shown that 5.5 at.% cobalt addition markedly improves the alloy activation but worsens its corrosion resistance in concentrated KOH solution. On the other hand, partial substitution of lanthanum by Gd (2.2 at.%) ensures large exchange currents for H2O/H2 system. Presence of Ni coatings on alloy particles is generally advantageous from the material H-storage properties, although they slow down a little hydrogen transport during electrode discharge.

PL

W artykule przedyskutowano właściwości wodorochłonne i korozyjne trzech rodzajów nanokrystalicznych stopów typu La1.5Mg0.5Ni7 – pod kątem ich aplikacji jako materiałów anodowych dla ogniw typu Ni/MH. Materiały wytwarzano metodą mechanicznej syntezy (metoda MA) i modyfikowano poprzez częściowe podstawianie niklu kobaltem bądź lantanu gadolinem a następnie poprzez magnetronowe napylanie uzyskanych proszków amorficznym niklem. Modyfikacje te wyraźnie zmieniają właściwości funkcjonalne badanych stopów wodorochłonnych. Pokazano, że dodatek 5,5 % at. kobaltu wyraźnie skraca aktywację stopu ale pogarsza jego odporność korozyjną w stężonym roztworze KOH. Z kolei częściowe podstawienie lantanu gadolinem (2,2 % at.) zapewnia materiałowi wysokie gęstości prądu wymiany układu H2O/H2. Obecność powłok Ni na cząstkach proszku jest generalnie korzystna z punktu widzenia właściwości sorpcyjnych materiałów, jednakże powłoki te nieco hamują transport wodoru podczas rozładowywania elektrod.

Słowa kluczowe

EN

La-Ni-Mg intermetallics; Hydrogenation properties; mechanical alloying; Ni-coatings; capacity fade; corrosion rate

PL

Intermetaliki La-Ni-Mg; właściwości wodorochłonne; synteza mechaniczna; powłoki Ni; spadek pojemności; szybkość korozji

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2020
• Tom: nr 3
• Strony: 67--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dymek Martyna

• Faculty of Chemistry, Department of Advanced Material Technologies, Wroclaw University of Science and Technology, 50-370 Wroclaw, Poland

autor

Nowak Marek

• Institute of Materials Science and Engineering, Poznan University of Technology, 61-138 Poznan, Poland

autor

Jurczyk Mieczysław

• Institute of Materials Science and Engineering, Poznan University of Technology, 61-138 Poznan, Poland

autor

Bala Henryk

• Institute of Chemistry, Jan Dlugosz University in Czestochowa, 42-200 Czestochowa, Poland

Bibliografia

• [1] Liu J., S. Han, Y. Li, L. Zhang, Y. Zhao, S. Yang, B. Liu. 2016. “Phase structures and electroche-mical properties of La–Mg–Ni-based hydrogen storage alloys with superlattice structure”. International Journal of Hydrogen Energy 41 : 20261-20275.
• [2] Li R., J. Wan, F. Wang, C. Ding, R. Yu. 2016. “Effect of non-stoichiometry on microstructure and electrochemical performance of La0.8GdxMg0.2Ni3.15Co0.25Al0.1 (x = 0–0.4) hydrogen storage alloys”. Journal of Power Sources 301 : 229-236.
• [3] Yartys V.A.et al. 2019. “Magnesium based materials for hydrogen based energy storage: past, present and future”. International Journal of Hydrogen Energy 44 : 7809-7859.
• [4] Balcerzak M., M. Nowak, M. Jurczyk. 2017. “Hydrogenation and electrochemical studies of La–Mg–Ni alloys”. International Journal of Hydrogen Energy 42 : 1436-1443.
• [5] Dymek M., M.Nowak, M.Jurczyk, H.Bala. 2018. „Encapsulation of La1.5Mg0.5Ni7 nanocrystalline hydrogen storage alloy with Ni coatings and its electrochemical characterization”. Journal of Alloys and Compounds 749 : 534-542.
• [6] Dymek M., M.Nowak, M.Jurczyk, H.Bala. 2019. „Electrochemical characterization of nanocry-stalline hydrogen storage La1.5Mg0.5Ni6.5Co0.5 alloy covered with amorphous nickel”. Journal of Alloys and Compounds 780 : 697-704.
• [7] Dymek M., M.Nowak, M.Jurczyk, H.Bala. 2019. „Electrochemical behaviour of a nanostructured La1.25Gd0.25Mg0.5Ni7 hydrogen storage material modified with magnetron sputtered nickel”. Journal of the Electrochemical Society 166 (8) : A1393-A1399.
• [8] Dymek M., H.Bala. 2016. “Inhibition of LaNi5 electrode decay in alkaline medium by electroless encapsulation of active powder particles”. Journal of Solid State Electrochemistry 20 : 2000–2007.
• [9] Bala H., M.Dymek. 2015. “Corrosion degradation of powder composite hydrie electrodes in conditions of long-lasting cycling”. Materials Chemistry and Physics 167 : 265-270.
• [10] Giemza A., H.Bala. 2018. “High rate dischargeability of hydride electrode modified with magnetron sputtered MCrFeCoNi (M = V or Mn) coatings”. Ochrona przed Korozją 61 : 218-221.
• [11] Werwinski M., A.Szajek, A.Marczynska, L.Smardz, M.Nowak, M.Jurczyk. 2019. “Effect of Gd and Co content on electrochemical and electronic properties of La1.5Mg0.5Ni7 alloys: A combi-ned experimental and first-principles study”. Journal of Alloys and Compounds 773 : 131-139.
• [12] Pistidda C., N. Bergemann, J. Wurr, A. Rzeszutek, K. T. Moller, B. R. Hansen, S.Garroni, C. Horstmann, C. Milanese, A. Girella, O. Metz, K. Taube, T. R. Jensen, D.Thomas, H. P. Liermann, T. Klassen, M. Dornheim. 2014. “Hydrogen storage systems from waste Mg alloys”. Journal of Power Sources 270 : 554.
• [13] Vlcek M., J. Cizek, F. Lukac, P. Hruska, B. Smola, I. Stulikova, H. Kudrnova, P. Minarik, T. Kmjec, and T. Vlasak. 2017. “Hydrogen absorption in Mg-Gd alloy”. International Journal of Hydrogen Energy 12 : 22598.
• [14] Zang J.H., Q.A. Zhang, D.L. Sun. 2019. “Effect of half substitution of R (R = Nd, Gd and Er) for Ca on crystal structure and hydrogen storage properties of CaMgNi4”. Journal of Alloys and Compounds 771 : 711-720.
• [15] Li R., J.Wan, F. Wang, C.Ding, R. Yu. 2016. “Effect of non- stoichiometry on microstructure and electrochemical performance of La0.8GdxMg0.2Ni3.15Co0.25Al0.1 (x = 0-0.4) hydrogen storage alloys”. Journal of Power Source 301 : 229.
• [16] Bala H., S.Szymura. 1988. “Corrosion characteristics of Sm-Co permanent magnets”. Applied Surface Science 32 : 233.
• [17] D.Adzic G., J.R. Johnson. S.Mukerjee, J.McBreen, J.J.Reilly. 1997. “Function of kobalt in AB5Hx electrodes”. Journal of Alloys and Compounds 253-254 : 579-582.
• [18] Bala H., M.Dymek. 2017. “Determination of corrosion rate of porous, liquid permeable materials on the example of hydride powder composite”. Ochrona przed Korozją 60 : 79-83.
• [19] Bala H., K.Giza, I.Kukula. 2010. „Determination of hydrogenation ability and exchange current of H2O/H2 system on hydrogen absorbing metal alloys”. Journal of Applied Electrochemistry 40 : 791-797.
• [20] Zheng G., B. N. Popov, R. E. White. 1995. “Electrochemical determination of the diffusion coefficient of hydrogen through an LaNi4.25Al0.75 electrode In alkaline aqueous solution”. Journal of the Electrochemical Society 142 : 2695.
• [21] Khaldi C., H. Mathlouthi, J. Lamloumi, A. Percheron-Guegan. 2004. “Electrochemical study of cobalt- free AB5-type hydrogen storage alloys”. International Journal of Hydrogen Energy 29 : 307.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).