ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ НА СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ СОСТОЯНИЯ И ВОДОРОДОПОГЛОЩАТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ LANI_₅ – ОБЗОР

В статье представлен обзор ряда исследований по использованию сплавов и интерметаллических соединений для хранения водорода. Среди них особое место занимает межметаллическое соединение LaNi₅. Проанализированы последние достижения в разработке интерметаллических соединений типа ab₅. Эти соединения, в частности, LaNi₅ и его легированные аналоги, широко используются благодаря возможности регулировать их свойства путем замены элементов. В статье также представлен обзор методов синтеза и модификации сплавов AB5, направленных на повышение их эффективности в водородных технологиях. Рассматриваются как традиционные методы производства, так и современные технологические подходы, включая искровое плазменное спекание и механоактивацию. Обзор научной литературы показал, что механическая активация является эффективным способом модификации интерметаллического соединения LaNi₅ для улучшения его свойств поглощения водорода. Согласно ряду исследований, воздействие высокоэнергетического шарового измельчения приводит к значительным изменениям в микроструктуре материала. Для повышения эффективности практического использования ланиверов в водородной энергетике необходимы дополнительные комплексные исследования для установления взаимосвязи между параметрами механической обработки, структурными характеристиками и функциональными свойствами материала. Целью данной работы является использование механической активации для изменения микроструктуры материала, уменьшения размера кристаллитов, увеличения плотности дефектов и стимулирования образования аморфных или наноструктурированных состояний, которые в совокупности могут существенно влиять на структуру и взаимодействие с водородом.

1. Problemy akkumulirovaniya i hraneniya vodoroda himicheskie problemy / O.K. Fateev et al // Shemical problems, Rossiya. – 2018. – № 4(16) – H.453-483. (In Russian).

2. Effektivnye gidridoobrazuyushchie materialy na osnove LaNi5 dlya sistem akkumulirovaniya energii / A.N. Kazakov et al // Rossijskie nanotekhnologii. – 2021. – tom 16, № 2. – Р. 208-214. https://doi.org/10.1134/S1992722321020084. (In Russian).

3. Konik P.A. Sorbc. i gazorazd. svojstva kompozic.membrannyh materialov s metallorganicheskimi koordinacionnymi polimerami i gidridoobrazuyushchimi splavami v kachestve aktivnyh napolnitelej / P.A. Konik. – Moskva, 2020. – 246 s. (In Russian).

4. Vliyanie mekhanicheskoj aktivacii intermetallicheskogo soedineniya LaNi2.5 So2.4 Mn0.1 na absorbciyu vodoroda / P.A. Konik et al // Zhurnal fizicheskoj himii. – 2020. – tom 94, № 5, S. 784-788. https://doi.org/10.31857/S004445372005012X. (In Russian).

5. Hydrogen Absorption Reactions of Hydrogen Storage Alloy LaNi5 under High Pressure / S. Toyoto et al // Molecules. – 2023. – № 28(3). – Р. 1256. https://doi.org/10.3390/molecules28031256. (In Russian).

6. Tarasov B.P. Fiziko-himicheskie osnovy sozdaniya effektivnyh vodorod-akkumuliruyushchih materialov / B.P. Tarasov. – Chernogolovka, 2024. – 125 s. (In Russian).

7. Vozmozhnosti metallurgii splavov v ao «giredmet»: ot metallogidridov do konstrukcionnyh specsplavov dlya vodorodnyh energotekhnologij / V.V. Sanin et al // Sbornik trudov. Nauchnaya konferenciya s mezhdunarodnym uchastiem «Vodorodnye energotekhnologii s ispol'zovaniem metallogidridov, Chernogolovka, 2024. – 17-20 s. (In Russian).

8. Volodin A.A. Intermetallidy dlya hraneniya vodoroda i elektrohimicheskih istochnikov energii / A.A. Volodin // Sbornik trudov. Nauchnaya konferenciya s mezhdunarodnym uchastiem «Vodorodnye energotekhnologii s ispol'zovaniem metallogidridov, Chernogolovka, 2024. – 45-50 s. (In Russian).

9. Korrelyaciya mezhdu harakteristikami processov gazofaznogo i elektrohimicheskogo gidrirovaniya intermetallicheskih soedinenij / А.А. Volodin et al // Zhurnal fizicheskoj himii. – 2020. – tom 94, № 5. – S. 796-802. https://doi.org/10.31857/S0044453720050258. (In Russian).

10. Shmalij S.V. Izuchenie struktury i elementnogo sostava intermetallidov La(Ni,Al)5, poluchennyh metodom elektrodugovoj plavki / S.V. Shmalij, A.N. Lapshin, A.A. Volodin // Sbornik trudov, Chernogolovka. – 2024. – 103-206 s. (In Russian).

11. Hydrogen cycling induced degradation in LaNi5 -type materials / J.-M. Joubert et al // Journal of Alloys and Compounds. – 2002. – Р. 330-332, 208-214. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(01)01640-1. (In English).

12. Bocharnikov M.S. Metallogidridnyj termosorbcionnyj kompressor vodoroda vysokogo davleniya / M.S. Bocharnikov, Yu.B. Yanenko, B.P. Tarasov // International Scientific Journal for Alternative

13. Energy and Ecology, Chernogolovka. – 2012. – № 12(116). – 18-23 s. (In Russian).

14. Kisi E.H. The hydrogen activation of LaNi5 / E.H. Kisi, C.E. Buckley, E.M. Gray // Journal of Alloys and Compounds. – 1992. – № 185(2). – Р. 369-384. https://doi.org/10.1016/0925-8388(92)90484-q. (In Russian).

15. Solovej V.V. Analiz termodinamicheskih harakteristik metallogidridnyh sistem dlya hraneniya vodoroda s ispol'zovaniem modificirovannoj skhemy teorii vozmushchenij / V.V. Solovej, A.N. Avramenko, K.R. Umerenkova // Journal of Mechanical Engineering. – 2019. – Vol. 22, № 3. ISSN 0131-2928. (In Russian).

16. Physical properties and electronic structure of LaNi5 compound before and after hydrogenation: An experimental and theoretical approach / Mojtaba S. Alavi Sadr (Zareii) et al // Iranian Journal of Hydrogen & Fuel Cell. – 2014. – № 1 – Р. 27-39. (In English).

17. Nadol'skij D.S. Vodorodakkumuliruyushchie materialy / D.S. Nadol'skij, L.R. Zinnatullina, N.A. Medvedeva // Vestnik Permskogo universiteta. Seriya «Himiya». – 2019. – T. 9, vyp. 2. – S. 106-125. https://doi.org/10.17072/22231838-2019-2-106-125. (In Russian).

18. Electrochemical properties of the LaNi3.55Mn0.4 Al 0.3 Co 0.4Fe0.35 hydrogen storage alloy / M. Tliha et al // Journal of Power Sources. – 2006. – № 160. – Р. 1391-1394. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.03.026. (In English).

19. Hydrogen storage in mechanically milled Mg–LaNi5 and MgH2–LaNi5 composites / G. Liang et al // Journal of Alloys and Compounds. – 2000. – № 297. – Р. 261-265. PII: S0925-8388(99)00592-7. (In English).

20. Vzaimodeĭstvie s vodorodom splavov Mg-rzm-Ni i kompozitov na ih osnove / D.N. Borisov et al // Proceedings of IX International Conference «Hydrogen Material Science and Chemistry of Metal Hydrides», Ukraine, 2005. – S. 128-129. (In Russian).

21. Magnetic properties of LaNi5-based compounds / L.T. Tai et al // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2003. – № 262. – Р. 485-489. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(03)00082-9. (In English).

22. Microelectrochemistry study of metal-hydride battery materials Cycling behavior of LaNi3.55 Mn0.4 Al 0.3 Co0.75 compared with LaNi5 and its mono-substituted derivatives / А. Merzouki et al // Journal of Power Sources. – 2002. – № 109. – Р. 281-286. PII:S0378-7753(02)00074-5. (In English).

23. Ji L. Influence of annealing time on electrochemical hydrogen storage properties of La0.5Nd0.05Sm0.3Mg0.15Ni3.5 alloys / L. Ji, X. Zhao, D. Ke // Journal Springer Nature. – 2018. https://doi.org/10.1007/s42452-018-0017-8. (In English).

24. Experimental study of the influences substitution from Ni by Co, Al and Mn on the hydrogen storage properties of LaNi3.6Mn0.3Al0.4Co0.7 alloy / С. Briki et al // Іnternational journal of hydrogen energy. – 2017. – Р. 1-8. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2017.02.065. (In English).

25. Vliyanie mishmetalla na svojstva gidridov na osnove LaNi5 / N.V. Rtishcheva et al // Himicheskij fakul'tet, Moskovskij gosudarstvennyj universitet im. (In Russian).

26. Chang J.K. Effect of Ni content on the electrochemical characteristics of the LaNi5-based hydrogen storage alloys / J.K. Chang, D.N.S. Shong, W.T. Tsai // Materials Chemistry and Physics. – 2004. – Р.361-366. https://doi.org/10.1016/J.MATCHEMPHYS.2003.10.011. (In English).

27. Filatova E.A. Kalorimetricheskoe issledovanie vzaimodejstviya intermetallicheskogo soedineniya LаNi4,5 Mn0,3 Al0,2 s vodorodom / E.A. Filatova, N.A. Yakovleva, K.N. Semenenko // Vestn. mosk. unta. ser. 2. himiya. – 2000. – T. 41, № 5. – Р. 331-334s. (In Russian).

28. Klyamkin S.N. Neravnovesnye sostoyaniya i gisterezis sorbcii-desorbcii vodoroda v vodorodakkumuliruyushchih materialah / S.N. Klyamkin. – Moskva. – 2014. (In Russian).

29. Effect of Co content on the structural and electrochemical properties of the La0.7 Mg 0.3 Ni3.4-x Mn 0.1 Co x hydride alloys / Y. Liu et al // Journal of Alloys and Compounds. – 2004. – № 376. – Р. 296-303. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2004.01.007. (In English).

30. Hydrogen absorption properties of a mechanically milled Mg–50 wt.% LaNi composite / G. Liang et al // Journal of Alloys and Compounds. – 1998. – № 268. – Р. 302–307. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(97)00607-5. (In English).

31. Hydrogen Storage Properties of Nanocrystalline Mg2Ni Based Alloys Prepared by Ball-Milling / Y. Xiong et al // Plasma Fusion Res. SERIES. – 2017. – Vol. 10. – Р. 94-97. https://doi.org/10.12677/MS.2017.72031. (In English).

32. Effect of rare earth elements on electrochemical properties of La–Mg–Ni-based hydrogen storage alloys / L. Yuan et al // International Journal of Hydrogen Energy. – 2009. – № 34. – Р. 1399-1404. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2008.11.049. (In English).

33. Yang F. La2MgNi7.5 Co1.5 Hydrogen Storage Alloy Prepared by the Magnetic Field Assisted Sintering / F. Yang, H. Li, J. Liu // MATEC Web of Conferences. – 2018. – № 227. – Р. 01006. https://doi.org/10.1051/matecconf/201822701006. (In English).

34. Klyamkin S.N. Metallgidridnye kompozicii na osnove magniya kak materialy dlya akkumulirovaniya vodoroda / S.N. Klyamkin // Ros.him.zh. (Zh.Ros.him.zh. ob-vo im. D.I. Mendeleeva). – 2006. – m. L, № 6. (In Russian).

35. Pandey S.K. Improvement in hydrogen storage capacity in LaNi5 through substitution of Ni by Fe / S.K. Pandey, A. Srivastava, O.N. Srivastava // International Journal of Hydrogen Energy. – 2007. – № 32. – Р. 2461-2465. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2006.12.003. (In English).

36. X-ray diffraction peak broadening and lattice strain in LaNi5-based alloys / Y. Nakamura et al // Journal of Alloys and Compounds. – 2000. – № 298. – Р. 138-145. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(99)00596-4. (In English).

37. Percheron-Guégan A. Correlations Between the Structural Properties, the Stability and the Hydrogen Content of Substituted LaNi5 Compounds / A. Percheron-Guégan, C. Lartigue, J.C. Achard // J. Less-Common Met. – 1985. – № 109. – Р. 287-309. (In English).

38. Investigation of changes in crystal and electronic structures by hydrogen within LaNi5 es / A.F. Al Alam et al. – 2009. – № 11. – Р. 1098. (In English).

39. Microstructure of LaNi5 Base Nanopowders Produced by High Energy Ball Milling / J. Kusiński et al // Solid State Phenomena. – 2012. – № 186. – Р. 124-129. https://doi.org/10.4028/www.scientific. net/SSP.186.124. (In English).

40. Sakintuna B.А. Metal hydridematerials for solid hydrogen storage: A review / B.А. Sakintuna, Fb Lamari-Darkrim, Mc. Hirscher // International Journal of Hydrogen Energy. – 2007. – № 32. – Р. 1121-1140. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2006.11.022. (In English).

41. Hydrogen absorption and desorption characteristics in the La0.5Ni1.5Mg17 prepared by hydriding combustion synthesis / Q. Li et al // Int J Hydrogen Energy. – 2006. – № 31(4). – Р. 497-503. (In English).

42. Mechanical alloying and hydrogen absorption properties of the Mg–Ni system / G. Liang et al // J Alloys Compds. – 1998. – № 267. – Р. 302-6. (In English).

43. Smirnov V.L. Iskrovoe plazmennoe spekanie poroshkovyh materialov sistemy Fe-N / V.L. Smirnov, A.S. Yurovskih // XVII Mezhdunarodnaya nauchno-tekhnicheskaya Ural'skaya shkolaseminar metallovedov-molodyh uchenyh. – 2016. (In Russian).

44. LaMgNi hydrogen storage alloy prepared by spark plasma sintering / X.-P. Dong et al // Transactions of Materials and Heat Treatment. – 2014. (In English).

45. Effect of Spark Plasma Sintering Temperature on Electrochemical Properties of La0.82 Mg0.18 Ni3.50 Co0.15 Alloy / X.P. Dong et al // Journal of Iron and Steel Research International – 2016. – № 23(5). – Р. 459-465. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(16)30073-5. (In English).

46. Aleksin E.N. Hranenie vodoroda v gidride intermetallicheskogo soedineniya LaNi5 / E.N. Aleksin, A.A. Fokin // Morskoj Vestnik. – 2010. – № 3(35). – Р.45-47. (In Russian).

47. Structure and hydrogenation features of mechanically activated LaNi5-type alloys / Р. Konik et al // International Journal of Hydrogen Energy. – 2021. – Т. 46, № 25. – Р. 13638-13646. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.07.163. (In English).

48. Liang G. Hydrogen storage properties of the mechanically alloyed LaNi5-based materials / G. Liang, J. Huot, R. Schulz // Journal of Alloys and Compounds. – 2001. – № 320. – Р. 133-139. https://doi.org/10.1016/s0925-8388(01)00929-x. (In English).

49. Sleiman S. Investigation of the First Hydrogenation of LaNi5 / S. Sleiman, S. Shahgaldi, J. Huot // Reactions. – 2024. – Vol. 5, Iss. 3. – P. 419-428. https://doi.org/10.3390/reactions5030021. (In English).

50. Aoyagi H. Effect of ball milling on hydrogen absorption properties of FeTi, Mg2Ni and LaNi5 / H. Aoyagi, K. Aoki, T. Masumoto // J Alloys Compds. – 1995. – № 231. – Р. 804-9. (In English).

51. Experimental and theoretical analysis of hydrogen absorption in LaNi5–H2 reactors / А. Demircan et al // Int J Hydrogen Energy. – 2005. – № 30. – Р. 1437-46. (In English).