Effect of cycling on hydrogen diffusivity in LaNi4.5Co0.5 composite electrode using constant potential discharge techniques

• Autorzy: Bordolińska K. , Giemza A. , Bala H.

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2018.11.2

Warianty tytułu

PL

Wpływ cyklowania na dyfuzję wodoru w kompozytowej elektrodzie LaNi4,5Co0,5 przy użyciu techniki potencjostatycznego rozładowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Two constant potential discharge (CPD) methods, corresponding to long- (> 2000 s) and short time discharge (100 - 500 s) from full cathodic hydrogenation (CPD-LT and CPD-ST methods) have been applied to evaluate atomic hydrogen diffusivity in LaNi_4.5Co_0.5 powder composite electrodes cycled in 6M KOH solution. The apparent diffusion coefficients of H (D_H) are generally greater for CPD-ST method. What is more, the nature/ direction of changes of D_H with cycling is different for the both methods: D_H decreases with cycle number (N) in case of CPD-LT method and increases for the CPD-ST one. The reasons of such reverse behavior are discussed in terms of material fragmentation caused by cycling and interaction of material passivation products with hydrogen.

PL

Do oceny dyfuzyjności atomowego wodoru w obrębie elektrod kompozytowych na bazie proszkowego materiału LaNi _4.5 Co_0.5 cyklowanego w 6M KOH zastosowano dwie potencjostatyczne metody rozładowania (CPD) odpowiadające długim- (> 2000 s) i krótkim czasom rozładowania (100 - 500 s) od pełnego katodowego nasycenia materiału wodorem (metody CPD-LT i CPD-ST). Pozorne współczynniki dyfuzji atomowego wodoru (D_H) wykazują generalnie większe wartości dla metody CPD--ST. Dodatkowo, charakter zmian D_H wskutek cyklowania jest różny dla obu metod: współczynnik ten maleje ze wzrostem numeru cyklu (N) w przypadku metody CPD-LT zaś wzrasta dla metody CPD-ST. Przyczyny takiego przeciwnego typu zależności są dyskutowane pod kątem fragmentacji cząstek materiału spowodowanej cyklowaniem a także oddziaływania produktów pasywacji materiału z wodorem.

Słowa kluczowe

EN

hydride material; hydrogen diffusivity; electrode cycling; corrosion products

PL

materiał wodorkowy; dyfuzyjność wodoru; cyklowanie elektrody; produkty korozji

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 11
• Strony: 333--337
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., wykr.

Twórcy

autor

Bordolińska K.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Chemii

autor

Giemza A.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Chemii

autor

Bala H.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Chemii

Bibliografia

• [1] Bala H., K. Bordolińska, A. Stefaniak. 2017. “Passivation of hydrogen storage alloy in strong alkaline solution”. Ochrona przed Korozją 60 : 314-317.
• [2] Bala H., M. Dymek. 2015. “Corrosion degradation of powder composite hydride electrodes in conditions of long-lasting cycling”. Materials Chemistry and Physics 167 : 265-270.
• [3] Bala H., M. Dymek, L. Adamczyk, K. Giza, H. Drulis. 2014. “Hydrogen diffusivity, Kinetics of H2O/H2 charge transfer and corrosion properties of LaNi5 powder, composite electrodes in 6M KOH solution”. Journal of Solid State Electrochemistry 18 : 3039 - 3048.
• [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”. International Journal of Hydrogen Energy 37 : 16817-16822.
• [5] Bowman Jr R.C., D.M. Gruen, M.H. Mendelsohn. 1979. “NMR studies of hydrogen diffusion in β-LaNi5-yAly hydrides”. Solid State Communications 32 : 501-506.
• [6] Crank J., 1957. The Mathematics of Diffusion, First Ed. Clarendon Press, Oxford,
• [7] Cui N., J.L. Luo. 1999. “Electrochemical study of hydrogen diffusion behavior in Mg2Ni-type hydrogen storage alloy electrodes”. International Journal of Hydrogen Energy 24 : 37-42.
• [8] Dymek M., H. Bala. 2014. “Hydrogen diffusivity in the massive LaNi5 electrode using voltammetry technique”. Journal of Solid State Electrochemistry 18 : 3033-3037.
• [9] 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 : 2001-2007.
• [10] 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.
• [11] Farlicek Jr R.F., I.J. Lowe. 1980. Journal of Less-Common Metals 73 : 219.
• [12] Feng F., J. Han, M. Geng, D.O. Northwood. 2000. “Study of hydrogen transport in metal hydride electrodes using a novel electrochemical method”. Journal of Electroanalytical Chemistry 487 : 111-119.
• [13] Feng F., D.O. Northwood. 2004. “Hydrogen diffusion in the anode of Ni/MH secondary batteries”. Journal of Power Sources. 136 : 346-350.
• [14] Feng Z., L.M. Anovitz, P. Kironko, A. Duncan, T. Adams, P. Sofronis. 2007. Permeation, diffusion, solubility measurements: Results and issues, ORNL, SRNL, UIUC, Sept. 25.
• [15] Iwakura C., T. Oura, H. Inoue, M. Matsuoka, Y. Yamamoto. 1995. “Effect of alloy composition on hydrogen diffusion in the AB5-type hydrogen storage alloys”. Journal of Electroanalytical Chemistry 398 : 37-41.
• [16] 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 : 307-311.
• [17] Muta H., Y. Etoh, Y. Ohishi, K. Kurosaki, S. Yamanaka. 2012. “Ab initio study of hydrogen diffusion in zirconium oxide”. Journal of Nuclear Science and Technology 49 : 544-550.
• [18] Richter D., R. Helpemann, L.A. Vinhas. 1982. “Hydrogen diffusion in LaNi5H6 studied by quasi-elastic neutron scattering“. Journal of Less-Common Metals 88 : 353-360.
• [19] Stefaniak A., K. Bordolińska, H. Bala. 2017. “Ocena szybkości dyfuzji atomowego wodoru w kompozytowej elektrodzie LaNi4.5Co0.5“. Przemysł Chemiczny 96: 1000-1002.
• [20] Tliha M., C. Khaldi, S. Boussami, N. Fenineche, O. El-Kedim, H. Mathlouthi, J. Lamloumi. 2014. “Kinetic and thermodynamic studies of hydrogen storage alloys as negative electrode materials for Ni/MH batteries: a review“. Journal of Solid State Electrochemistry 18 : 577-5793.
• [21] Varin R.A., T. Czujko, Z.S. Wronski. 2009. Nanomaterials for solid state hydrogen storage. Springer Science + Business Media, LLC
• [22] Willems J.J.G. 1984. “Metal hydride electrodes stability of LaNi5-related compounds“. Philips J. Research. 39 : 1-93.
• [23] Yartys V.A., A.B. Riabov, R.V. Denys, M. Sato, R. G. Delaplane. 2006. “Novel intermetallic hydrides“ .Journal of Alloys and Compounds 408 : 273-279.
• [24] Young K.H., J. Nei. 2013. “The current status of hydrogen storage alloy development for electrochemical applications“. Materials 6 : 4574-4608.
• [25] 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: 2695-2698.

Uwagi

This work was financially supported by Grant of Young Scientist BS/MN-207-301/2018 and BS/PB 207-301/09 of Faculty of Production Engineering and Materials Technology , Departament of Chemistry, częstochowa University of Technology.

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).