Wpływ Zr na właściwości nanokrystalicznych stopów typu TiNi odwracalnie absorbujących wodór

• Autorzy: Makowiecki M. , Jankowska E. , Jurczyk M.

Warianty tytułu

EN

Effect of Zr addition on the properties of nanocrystalline TiNi type hydrogen storage alloys

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było wytworzenie stopów typu TiNi metodą mechanicznej syntezy (MA) i zbadanie wpływu częściowej substytucji niklu cyrkonem na właściwości elektrochemiczne badanych stopów. W miarę postępowania procesu MA zaobserwowano poszerzenie linii dyfrakcyjnych składników wyjściowych oraz zmniejszanie ich intensywności. Stopy amorficzne uzyskano już po 5 godzinach procesu bezpośrednio z mieszaniny początkowej pierwiastków. Obróbka cieplna otrzymanych materiałów (750 °C/0,5 h) powoduje ich krystalizację tworząc strukturę typu CsCl. Proces amorfizacji mieszaniny proszków badano także metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej. Zaobserwowano przemianę fazową typu egzotermicznego w temperaturze około 450 °C dla mieszaniny TiNi. Oprócz badań rentgenowskich prowadzono również obserwacje mikroskopowe otrzymanych nanomateriałów. Średni rozmiar krystalitów wyznaczony z badań AFM wynosi ~ 30 nm. Przeprowadzone badania pozwalają stwierdzić, że metoda mechanicznej syntezy (MA) nadaje się do otrzymywania proszków stopów typu TiNi. Wykazano, że częściowe zastąpienie niklu cyrkonem i/lub żelazem powoduje wzrost pojemności wyładowania. Najbardziej obiecującym stopem do zastosowań w układach elektrochemicznych jest TiNi0.875Zr0.125. Dodatek Zr powoduje rozdrobnienie ziaren i zapobiega ich rozrostowi podczas obróbki cieplnej. Badany stop osiąga wysokie pojemności wodoru w stosunku do masy własnej już w 2 cyklu, a w dalszej pracy półogniwa następuje sukcesywny wzrost tych wartości aż do osiągnięcia 134 mAh/g w 15 cyklu.

EN

Mechanical alloying (MA) process was introduced to produce nanocrystalline TiNi-type alloys. The amorphisation process of TiNi was studied by X-ray diffraction. The originally sharp diffraction lines elemental powders gradually become broader and their intensity decreases with milling time. XRD analysis showed that: after 5 h of milling, the initial mixture of the elements had transformed into an amorphous phase and the annealing in high purity argon at 750 °C for 0.5 h led to formation of the CsCl - type structure. After MA, the DSC curve stabilized exhibiting one exothermic effect at 450 °C. According to SEM studies, during MA process, many small powder particles have a tendency to agglomerate, which shows cleavage fracture morphology and inhomogeneous size distribution. The average crystallite size of the nanocrystalline TiNi powders was of the order of 30 nm. Mechanical alloying is a suitable procedure to obtain Ti-based electrode alloy powders. The respective replacement of Ni in TiNi by Zr improved the discharge capacity and the cycle life of electrodes. Nanocrystalline TiNi0.875Zr0.125 have the highest capacities. In TiNi 0.875Zr0.125 electrode displayed the maximum discharge capacity (134 mAh/g) at the 15 th cycle.

Słowa kluczowe

PL

nanokrystaliczny stop typu TiNi; metoda mechanicznej syntezy (MA); stopy amorficzne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 26, nr 2
• Strony: 50--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Makowiecki M.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

autor

Jankowska E.

• Centralne Laboratorium Akumulatorów i Ogniw w Poznaniu

autor

Jurczyk M.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

Bibliografia

• [1] www.agenda21.pl (dyrektywa 91/157/EWG w sprawie baterii i akumulatorów zawierających niebezpieczne substancje)
• [2] Anani A., Yisintin A., Petrow K., Srinavasan S.: Alloys for hydrogen storage in nickiel/hydrogen and nickel /metal hydride batteries. J. Power Sources 47, 1994, 261-275
• [3] Jurczyk M.: Mechaniczna Synteza, Wyd. Politechniki Poznańskiej, 2003
• [4] Zaluski L., Zaluska A., Strom-Olsen J. O.: Nanocrystalline materiał hydrides. J. Alloys Comp., 253-254, 1997, 70-79
• [5] Jurczyk M.: Nanocrystalline metal hydride electrode materials, Current Topics in Electrochem., 9, 2003, 105-116
• [6] Benjamin J. S.: Fundamentals of mechanical alloying. Mater. Sc. Forum 88-90, 1992, 1-18
• [7] Jurczyk M., Smardz L., Makowiecka M., Jankowska E., Smardz K.: The synthesis andproperties of nanocrystalline electrode materials by mechanical alloying, J. Phys. Chem. Solids, 65, 2004, 445-548
• [8] Jurczyk M.: The progress of nanocrystalline hydride electrode materials, Buli. Poi. Ac.: Tech. 52, 2004, 47-57
• [9] ITE Battery Newsletter, 1995, 2
• [10] Jurczyk M., Jankowska E., Makowiecka M., Wieczorek L: Electrode characteristics of nanocrystalline Ti-Fe type alloys, J. Alloys Comp., 354, 2003, L3-L4
• [11] Jurczyk M., Collocott S. J., Dunlop J. D., Gwan P. B.: Magnetic properties of nanocomposite (Nd, Dy)2 (Fe, Co, Zr)14B and Nd(Fe, Mo)I2N p x materials with an excess of Fe, J. Phys. D: Appl. Phys. 29, 1996, 2284-2289
• [12] Szajek A., Jurczyk M., Jankowska E.: The electronic and electrochemical properties of the TiFe-based alloys, J. Alloys Comp. 348, 2003, 285-292
• [13] Smardz K., Smardz L., Jurczyk M., Jankowska E.: Electronic properties of nanocrystalline and polycrystalline TiFe0 25Ni0 75 alloys, phys. stat. soi. (a) 196, 2003, 263-266
• [14] Szajek A,, Jurczyk M., Jankowska E.: The electronic and electrochemical properties of the TiFe,_xNi x alloys, phys. stat. soi. (a) 196, 2003, 256-259
• [15] Jurczyk M., Smardz L., Szajek A.: Nanocrystalline materials for NiMH batteries, Mat. Sc. Eng. B 108, 2004, 67-75