Вопрос:
Высокоэнтропийных сплавы сейчас действительно крайне популярны в различных направлениях, в том числе и в водородной энергетике. Скажите пожалуйста, как по вашему мнению можно максимизировать объем водорода, который способен абсорбировать мультикомпонентный сплав без потери механических свойств? Как вы рационализируете выбор химического состава сплава и как каждый компонент влияет на стабильность сплава и на его абсорбирующие способности?
Ответ Участника:
Спасибо большое за такой интересный и крайне важный вопрос! К сожалению, ответить на него в полном объеме в данном письме представляется невозможным, поскольку он охватывает довольно большое количество различных аспектов в теме накопления водорода. Поэтому, ответы на Ваши вопросы будут коротко написаны ниже.
1. Согласно недавним исследованиям, максимизировать количество поглощаемого водорода возможно путем сплавления различных гидридообразующих металлов (например, Ti,Zr,Nb) в определенных концентрациях и легирования их элементами, улучшающими водородсорбционные свойства. Среди таких сплавов, согласно теоретическим расчетам, накапливать относительно большое количество водорода способны сплавы формирующиеся в однофазном состоянии и имеющие объемоцентрированную кубическую решетку. Однако, на сегодняшний день многокомпонентных сплавов наибольшую емкость (около 3.3% массовой доли) имеет двухфазных сплав, состоящий из ОЦК и фазы Лавеса. Что касается увеличения емкости исходных МБК сплавов (не включающих легирование другими элементами), предполагается, что использование некоторые методы экстремального получения материалов (например, сверхбыстрая закалка) позволит добиться улучшения емкости водорода без потери механических свойств.
2. В выборе элементов будущих сплавов мы придерживаемся пути использования различных гидридообразующих металлов. Какие элементы будут использоваться предлагается выбирать из термодинамической оценки возможности формирования однофазных твердых растворах. Оценка проводится исходя из расчета, проводимого по модели Миедемы, которая вычисляет изменение энтальпии образования бинарного сплава при разных концентрациях элементов. Чем меньше абсолютное значение этих параметров, тем более вероятно образование идеального однофазного раствора в системе.
3. Большое количество работ посвящены изучения влияние различных легирующих элементов на водородсорбционные свойства многокомпонентных сплавов. К наиболее распространенным легирующим элементам можно отнести V, Cr, Ni, Mn. Введение ванадия приводит к снижению давления плато вместе с его сильным размытием (которое становится сложно выделить). Однако, в это же время наблюдается увеличение поглощаемого водорода, что можно объяснить повышенным сродством ванадия к водороду. Легирование Mn способствует улучшения водородсорбционных характеристик (как емкостных, так и кинетических) без снижения водородсорбционная емкости. Легирование хромом приводит к небольшому снижению равновесного давления и позволяет улучшить циклическую стабильность сплава. Добавление такого элемента, как Ni приводит к повышению давления плато, увеличению его длины (т.е. увеличению обратимой емкости сплава) и уменьшению размытости изотермы p-C. С другой стороны, никель известен тем, что улучшает реакцию поглощения водорода, что выражается в повышенной скорости поглощения водорода.
Если Вы захотите изучить подробнее про легирующие элементы или расчеты сплавов - напишите мне и я пришлю Вам литературные источники.