مکانیزم جذب و نشر هیدروژن توسط مواد آلیاژی ذخیره کننده هیدروژن ab5 و ab2 و بررسی خواص فیزیکی آن ها

فعالیت های پژوهشی صورت گرفته در این پایان نامه، شامل دو بخش تجربی و محاسباتی می باشد. در بخش تجربی، ابتدا جزئیات طراحی و ساخت سامانه سیورت بیان شده است. این سامانه، قابلیت اندازه گیری ویژگی های جذب-واجذب هیدروژن در آلیاژهای هیدرید فلزی شامل منحنی های سینتیک و فشار-ترکیب-دما را در دماها و فشارهای کاری مختلف دارد. در ادامه ویژگی های ساختاری، میکروسکوپی، عنصری، مغناطیسی و هیدروژنی آلیاژ بین فلزی lani5 به صورت وسیع بررسی شده اند. بر اساس نتایج ساختاری بدست آمده از پراش پرتو ایکس و روش پالایش ریتولد، ساختار بلوری این آلیاژ تک فاز بوده ولی پس از اعمال 30 چرخه جذب- واجذب هیدروژن، فاز ثانویه نیکل فلزی نیز مشاهده شد. وجود نیکل خالص در نمونه بعد از اعمال چرخه های جذب-واجذب هیدروژن، با استفاده از اندازه گیری مغناطیسی در دمای اتاق نیز تایید شد. گذشته از این ها، بعد از اعمال چرخه های جذب- واجذب هیدروژن، اندازه ذرات کاهش پیدا کرده و توزیع اندازه ذرات در مقایسه با نمونه غیرهیدریدی یکنواخت تر می شود. ویژگی های جذب هیدروژنی این آلیاژ شامل منحنی های فشار-ترکیب-دما و سینتیک با استفاده از سامانه سیورت اندازه گیری شدند. آنتالپی و آنتروپی تشکیل هیدرید lani5-h با استفاده از معادله وانت هوف بدست آمدند. علاوه بر این، سازوکار سینتیک جذب هیدروژنی این آلیاژ در دماهای مختلف و با استفاده از مدل های مختلف ارزیابی شدند. همه مدل ها نشان می دهد با افزایش دما سرعت جذب هیدروژن زیاد می شود. همچنین فرآیندهای پخش و رشد و هسته سازی به عنوان مراحل کنترل کننده سرعت واکنش هیدریدی شناسایی شدند. ضمناً انرژی فعال سازی واکنش جذب هیدروژن این آلیاژ با استفاده از رابطه آرنیوس و مدل های jd، jma مرتبه اول و jma پادلگاریتم به ترتیب حدود kj/mol.h2 11/24، 65/23 و 75/21 بدست آمد. نتایج بدست آمده در این بخش نشان می دهد که این آلیاژ گزینه مناسبی برای ذخیره سازی هیدروژن می باشد. در بخش محاسباتی، ویژگی های ساختاری، پایداری و الکترونی ترکیبات بین فلزی ticr2 و zrcr2 و هیدریدهای آن ها با استفاده از نظریه تابعی چگالی بررسی شده است. مقادیر ثابت شبکه، مُدول حجمی و انرژی تشکیل بدست آمده ترکیبات غیرهیدریدی در تطابق خوبی با تجربه هستند. با جذب هیدروژن، شبکه بلوری این ترکیبات انبساط پیدا می کند. بیشترین احتمال جذب هیدروژن، به فضای بین جایگاهی نوع a2b2 اختصاص دارد. جذب هیدروژن، ساختار الکترونی این ترکیبات را نیز دچار تغییر می کند. نتایج محاسباتی بدست آمده در این بخش می تواند در زمینه طراحی آلیاژهای جدید ذخیره کننده هیدروژن ab2 بر پایه ti/zr مفید باشد.