Determination of corrosion rate of porous, liquid permeable materials on the example of hydride powder composite

• Autorzy: Bala H. , Dymek M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2017.4.1

Warianty tytułu

PL

Wyznaczanie szybkości korozji porowatych, przepuszczalnych dla cieczy materiałów na przykładzie proszkowego kompozytu wodorkowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Corrosion rate of permeable porous materials can be determined from relation of given specimen extensive property versus exposure time in working fluid. Such an attempt allows to evaluate the corrosion process rate irrespectively of uncontrolled changes of sample effective surface. The changes of extensive physical parameter of porous hydride material is discussed on the example of the fade of specific hydride capacity (Q) for La(Ni,Co)5 type powder composite electrode. The advantageous role of active material encapsulation with Ni-P coatings is additionally pointed out. The actual capacity changes of the electrode are presented versus charge/discharge cycle number (N) in two kinetic variants: Q = f (N) and ln Q = f (N). In both cases correlation is very good, with determination coefficients ≈ 0.96. The slopes of rectilinear segments of these relationships correspond to corrosion degradation rate constants of nulland first order reactions, respectively. The integral kinetic equations have been used to determine corrosion rates as well as half capacity decay cycles of the porous hydride material.

PL

Szybkość korozji materiałów porowatych przepuszczalnych dla cieczy można określać na podstawie zmian wybranej właściwości ekstensywnej materiału w funkcji czasu ekspozycji w roztworze roboczym. Takie podejście pozwala na ocenę szybkości procesu korozyjnego bez uwzględniania trudnych do kontroli zmian efektywnej powierzchni próbki w trakcie ekspozycji. W niniejszej pracy dyskutowane jest zmniejszanie się parametru ekstensywnego – właściwej pojemności wodorkowej (Q) wskutek cyklowania kompozytowej elektrody proszkowej bazującej na związku La(Ni,Co)5. Dodatkowo, wskazano na pozytywną rolę enkapsulacji materiału aktywnego powłokami Ni-P. Postępujące zmiany pojemności elektrody są przedstawione w funkcji numeru cyklu ładowania/rozładowania (N) w dwu wariantach kinetycznych: Q = f (N) i lnQ = f (N). W obu przypadkach uzyskano bardzo dobrą korelację, z współczynnikami determinacji ≈ 0,96. Nachylenia prostoliniowych odcinków tych zależności odpowiadają stałym szybkości degradacji korozyjnej wg praw kinetycznych reakcji odpowiednio zerowego i pierwszego rzędu. Równania całkowe funkcji kinetycznych zostały wykorzystane dla określania szybkości korozji i pojemnościowych cykli połówkowych porowatego materiału wodorkowego.

Słowa kluczowe

EN

permeable material; porosity; degradation kinetics; corrosion rate; capacity fade

PL

materiał przepuszczalny; porowatość; kinetyka degradacji; szybkość korozji; spadek pojemności

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 4
• Strony: 79--83
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bala H.

• Czestochowa University of Technology, Department of Chemistry

autor

Dymek M.

• Czestochowa University of Technology, Department of Chemistry

Bibliografia

• [1] Adzic G.D., J.R. Johnson, J.J. Reilly, J. McBreen, S. Mukerjee, M.P. Sridhar Kumar, W. Zhang, S. Srinivasan. 1995. “Cerium content and cycle life of multicomponent AB5 hydride electrodes”. J. Electrochem. Soc. 142 : 3429–3433.
• [2] Ambrosio R.C., E.A.Ticianelli 2002. “Effect of cobalt on the physicochemical properties of a simple LaB5 metal hydride alloy”. J. Power Sources 110 : 73–79.
• [3] Atkins P., J.de Paula. 2006. Atkins’ Physical Chemistry, Eight Edition, Chapter 22.2, New York : W.H. Freeman and Company.
• [4] Bala H., I. Kukula, K. Giza, B. Marciniak, E. Rozycka-Sokolowska, H. Drulis. 2012. „Evaluation of the electrochemical hydrogenation and corrosion behaviour of LaNi5-based materials using galvanostatic charge/discharge measurements”. Intern. J. Hydrogen Energy, 37 : 16817–16822.
• [5] Bala H., K. Giza, I. Kukula. 2010. „Determination of hydrogenation ability and exchange current of H2O/H2 system on hydrogen absorbing metal alloys”. J. Appl. Electrochem. 40 : 791–797.
• [6] Bala H., M. Dymek. 2015. “Corrosion degradation of powder composite hydride electrodes in conditions of long-lasting cycling”. Mater. Chemistry Phys. 167 : 265–270.
• [7] Bear J. 1972. Dynamics of Fluids in Porous Media, Dover Publ.
• [8] Belgacem Y.B., C. Khaldi, S. Boussami, J. Lamloumi, H. Mathlouthi. 2014. “Electrochemical properties of LaY2Ni9 hydrogen storage alloy used as an anode in nickel-metal hydride batteries”. J. Solid State Electrochem. 18 : 2019–2026.
• [9] Bereczky T., A. Darabont. 1971. “Uber den Einfluss des α Naphtylthioharnstoffes auf die Saurekorrosion des Eisens”. Metalloberflache Angew.Elektrochemie 25 : 417–418.
• [10] Durairajan A., B.S. Haran, B.N. Popov, R.E. White. 1999. “Cycle life and utilization studies on cobalt microencapsulated AB5 type metal hydride”. J. Power Sources 83 : 114–120.
• [11] Durairajan A., B.S. Haran, R.E. White, B.N. Popov. 2000. “Pulverization and corrosion studies of bare and cobalt encapsulated metal hydride electrodes”. J. Power Sources 87 : 84–91.
• [12] Dymek M., A. Moscicki, H. Bala. 2013. “Peculiarities of LaNi5-pewder/PVDF bonded composite – alkaline elektrolyte interaction at repeating charge/discharge cycles”. Ochrona przed Korozją 56 (11) : 502–505.
• [13] Dymek M., H. Bala, H. Drulis, A. Hackemer. 2015. “Hydrogenation and corrosion properties of LaNi4.5Co0.5 based alloy doped with 1.7 at% of Sn”. Solid State Phenom. 227 : 263–266.
• [14] Dymek M., H. Bala. 2013. “Effect of electrochemical cycling of LaNi5 powder composite material on hydrogen diffusivity at pressures of 0.08-30 bar”. Ochrona przed Korozją 56 (1) : 3–6.
• [15] Dymek M., H. Bala. 2016. “Inhibition of LaNi5 electrode decay in alkaline medium by electroless encapsulation of active powder particles”. J. Solid State Electrochem. 20 : 2001–2007.
• [16] Evans U.R. 1982. “An introduction to metallic corrosion”, E. Arnold, Amer. Science Metals.
• [17] Ferey A., F. Cuevas, M. Latroche, B. Knosp, P. Bernard. 2009. “Elaboration and characterization of magnesium-substituted La5Ni19 hydride forming alloys as active materials for negative electrode in Ni-MH battery”. Electrochim. Acta 54 : 1710–1714.
• [18] Holister P., C. Roman, T. Harper. 2003. “Nanoporous Materials”. Techn. White Papers, No. 5, Cientifica.
• [19] Reilly J.J., G.D. Adzic, J.R. Johnson, T. Vogt, S. Mukerjee, J. McBreen. 1999. “The correlation between composition and electrochemical properties of metal hydride electrodes”. J. Alloys Compds. 293-295 : 569–582.
• [20] Lukin A.A., S. Szymura, A.A. Zhuravlyev, S.M. Margaryan, H. Bala. 2000. “Post-sintering heat treatment effect on the coercivity of sintered (Nd,Dy)15(Fe,Co,Mo,Al)77B8 permanent magnets”. Mater. Chemistry Phys. 65 : 74–78.
• [21] Lukin A.A., Yu.M. Rabinovich, H. Bala, S. Szymura, A.A. Zhuravlev, J. Wiechuła. 2000. “Hydrogen stability of SmCo5 permanent magnet”. Kovove Mater. 38 : 107–115.
• [22] Mavko G., A. Nur. 1997. “The effect of a percolation threshold in the Kozeny-Carman relation”. J. Geophysics, 62 :1480–1482.
• [23] Mellot-Draznieks C., A.K. Cheetham. 2016. “Structure prediction: Encoding evolution of porous solids” Nature Chemistry 9 : 6–8.
• [24] Notten P.H.L., P. Hokkeling. 1991. “Double-phase hydride forming compounds: a new class of highly electrocatalytic materials”, J. Electrochem. Soc. 138 : 1877–1885.
• [25] Popov B.N. 2015. “Corrosion Engineering – Principles and Solved Problems”, Elsevier.
• [26] Rahmanto W.H., R.N. Gunawan. 2002. “Corrosion rate of copper and iron in seawater based on resistance measurement”. J. Coastal Development 5 : 67–74.
• [27] Reilly J.J., J.R. Johnson, G.D. Adzic, E.A. Ticianelli, S. Mukerjee, J. McBreen.1999. “High cycle life, cobalt free AB5 metal hydride electrodes”. W.R. Cieslak (Ed.) Sealed Battery Topics, Electrochem.Soc.Proc. 98-15 : 129–134, Pennington, New Jersey, USA.
• [28] Rożdżyńska-Kiełbik B., W. Iwasieczko, H. Drulis, V.V. Pavlyuk, H. Bala. 2000. „Hydrogen equilibria characteristics of LaNi5-xZnx intermetallics”. J. Alloys Compd., 298 : 237–243.
• [29] Shreir’s Corrosion. 2010. Fourth Ed., Elsevier, Acad. Press.
• [30] Singh N.P., S.C. Gupta, B.R. Sood. 1995. “Resistance measurement as a tool for corrosion studies”. J. Chem. Educ. 72 (5) : 465–466.
• [31] Souza E.C., E.A. Ticianelli. 2003. “Effect of partial substitution of nickel by tin, aluminum, manganese and palladium on the properties of LaNi5-type metal hydride alloys”. J. Braz. Chem. Soc. 14 : 544–550.
• [32] Whittaker A.G., A.R. Mount, M.R. Heal. 2000. Instant Notes in Physical Chemistry. BIOS Sci. Publ. Ltd.
• [33] Willems J.J.G. 1974. “Metal hydride electrodes stability of LaNi5-related compound”. Philips J. Research 39 : 1–93.
• [34] Ye H., H. Zhang, J.X. Cheng, T.S. Huang. 2000. “Effect of Ni content on the structure, thermodynamic and electrochemical properties of the non-stoichiometric hydrogen storage alloys”. J. Alloys Compd. 308 : 163–171.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).

The work has been supported by Statutory Research of WIPiTM Faculty of Czestochowa Univ. Technology.