CÍMLAP
|
TARTALOM, BEVEZETŐ |
2. Irodalmi összefoglaló
2.1 A hidrogén oldódása fémekben
2.1.1 A hidrogén oldhatóságának változása a hőmérséklet és
a nyomás hatására, a hidrogénfelvétel során lezajló
folyamatok
2.1.2 A hidrogén oldódása fémekben, hidrid képződés,
klasszikus hidrogéntároló anyagok
2.1.3 A hidrogén oldódása a cirkóniumban, nikkelben és rézben
2.1.4 Az amorf állapot hatása a hidrogénoldódásra
2.1.5 A Ni-Zr ötvözetrendszer, üvegképződés tartománya
2.1.6 A hidrogén abszorpció mechanizmusa amorf ötvözetekben
a Harris-Curtin-Tenhover modell szerint
2.1.7 A hidrogén diffúziója fémekben és ötvözetekben
2.2 Az elektromos ellenállás változása a hidrogén abszorpció és
deszorpció hatására
2.2.1 A fajlagos ellenállás változása
2.2.2 A hidrogén atom hatása az elektronszerkezetre amorf
Ni-Zr ötvözetekben
2.2.3 Az ellenállás változása hidrogénfelvétel hatására
2.3 Az irodalmi eredmények összegzése
2.4 Célkitűzések
3. A kísérletek leírása
3.1 Vizsgált anyagok és a vizsgálatok körülményei
3.2 Kísérleti berendezés
3.2.1 A mérőrendszer
3.2.2 Nagynyomású tartály a minták feltöltéséhez
3.2.3 Mintatartó kialakítás az ellenállás méréséhez
3.2.4 A mérőprogram
3.3 A kísérletek során alkalmazott módszerek
3.3.1 Ellenállásmérés
3.3.2 Hidrogéntartalom meghatározás
4. Kísérleti Eredmények
4.1 A hidrogéntartalom és az ellenállás kapcsolata, a
reverzibilisen oldott hidrogén mennyisége
4.2 A hidrogén abszorpció és a deszorpció kinetikája
4.2.1 Hidrogén felvétel-leadás ciklusok követése
ellenállásméréssel
4.2.2 A hidrogéntartalom változása hidrogénezés és kiürítés
során
4.2.3 Az adszorpciós-deszorpciós folyamatok jellegének
változása a ciklusszámmal, a hőmérséklet hatása a
kinetikára
4.2.4 A felületi előkészítés, illetve a minta levegővel való
érintkezésének hatása a hidrogénfelvétel sebességére
4.2.5 Ötvözők hatása a kinetikára
4.3 A Ni67Zr33 amorf ötvözet egyensúlyi nyomás - koncentráció -
hőmérséklet diagramja
4.4 A Ni67Zr33 ötvözet Sieverts diagramja
4.5 Hidrogénoldódás okozta szerkezetváltozás az amorf állapotban
5. Összefoglaló, következtetések
6. Tudományos eredmények tézisszerű összefoglalása
Köszönetnyilvánítás
Felhasznált Irodalom
A disszertációval kapcsolatos publikációk
Melléklet: Definíciók, fogalommagyarázatok
Bevezetés
A hagyományos műszaki szemlélet a hidrogénnel kapcsolatban rendszerint csak a káros hatásokról emlékezik meg. Ha egy mérnök megtudja, hogy egy acélban, az elfogadható értéknél nagyobb mennyiségű oldott hidrogén van, akkor rendszerint arra gondol, hogy az nem használható szerkezeti anyagként (hidrogén pelyhesség, elridegedés, törékenység). A probléma eredete az, hogy a hidrogén nem képez a vassal vegyületet és a hőmérséklet csökkenésével egyre kevésbé oldódik a vasban. Ezért nagy feszültségeket okozó gázbuborékok alakjában halmozódik fel, vagy interstíciós szilárd oldatot képez.
A hidrogén fémekben való oldódásának van azonban műszakilag kedvező oldala is. A fémekben oldott hidrogén felhasználható energiatárolásra. Ebben a dolgozatban néhány, e témakörhöz kapcsolódó eredmény kerül ismertetésre.
Napjainkban a felhasznált energia döntő hányadát még nem újratermelődő energiaforrásokból nyerjük. A népesség növekedésének és a világ gazdasági és technológiai fejlődésének hatására az energia felhasználás folyamatosan növekszik. Várható, hogy 2025-ig az üzemanyag felhasználás 30%-kal, az elektromos energia igény pedig 265%-kal magasabb lesz.[1] Ezt az igényt ki kell elégítenünk, de nem szabad elfelednünk, hogy tartalékaink végesek. Az 1970-es években lezajlott energiaválság óta felgyorsultak azok a kutatások, melyek alternatív energiaforrások hasznosítására, alkalmazásuk költségkímélő, környezetbarát módjaira irányulnak. Előrejelzések szerint a jelenlegi bányászati és kiművelési módokkal felszínre hozható kőolaj, földgáz, széntartalékok még mintegy 180 évre elegendőek, ha az ipari energia-felhasználásnak csak kis mértékű növekedését tételezzük fel a jelenlegi állapothoz képest.
Az atom- és a fúziós energia mellett létezik néhány eddig kevéssé kihasznált, környezetbarát energiaforrás is: napenergia, vízenergia, szélenergia, és néhány új típusú kémiai energiaforrás. A legtöbb esetben az elektromos energia előállítása az adott forrásból és szállítása akár nagyobb távolságra is - megfelelő hatásfokkal - megoldott feladat. Azonban az igény és az adott pillanatban előállítható elektromos áram mennyisége rendszerint nem azonos. Ezért a megtermelt energiát valamilyen köztes tárolóban - pufferben - raktároznunk kell. Ehhez az energiát valamilyen jól kezelhető formába kell átalakítanunk.
Dolgozatomban a hidrogén tárolására alkalmas anyagcsaládok közül az egyik legújabb, az un. nem-egyensúlyi rendszereken vizsgálom a hidrogénfelvétel és leadás folyamatait. Központi kérdés a hidrogéntároló ötvözeteknél a ciklizálhatóság, a ciklikus töltés-kiürítéssel járó irreverzibilis folyamatok megismerése. A hidrogén abszorbens anyagok fizikai tulajdonságai a hidrogénfelvétel és leadás során megváltoznak (pl. hő- és elektromos vezetőképesség, termofeszültség, térfogat, stb.). Ez lehetőséget nyújt a ciklikus töltés-kiürítési folyamatok nyomon követésére. Munkám során az elektromos ellenállás változását használtam fel erre a célra. Az értekezés ennek a munkának az összefoglalása.