Modyfikowanie właściwości elektrochemicznych trójskładnikowych stopów typu RE-Mg-Ni wytwarzanych metodą mechanicznej syntezy

Opiekun naukowy: drugi promotor w przypadku pracy interdyscyplinarnej

Prof. dr hab. Henryk Bala

Instytut Chemii

h.bala@ujd.edu.pl

 

Modyfikowanie właściwości elektrochemicznych trójskładnikowych stopów typu RE-Mg-Ni wytwarzanych metodą mechanicznej syntezy

Elektrochemiczne właściwości materiałów typu RE-Mg-Ni (RE – metal/metale ziem rzadkich, głównie La) o trzech składach stechiometrycznych: A₂Ni₉, A₂Ni₇ i ANi₃ (A = La, Ce, Mg)  będą charakteryzowane pod kątem ich aplikacji w ogniwach wodorkowych NiMH.

Program badań przewiduje syntezę tych materiałów (metoda syntezy mechanicznej, ang. akronim MA), wraz z ich skrupulatną charakterystyką strukturalną (metody XRD, SEM/EDS, DTG), oceną zdolności sorpcji wodoru z fazy gazowej (zależności p-C-T) i wszechstronną charakterystyką elektrochemiczną w odpowietrzonym środowisku silnie alkalicznym (6M KOH). Charakterystyka elektrochemiczna przeprowadzona będzie cyklicznymi metodami polaryzacyjnymi (do ok. 100 cykli ładowania/rozładowania), takimi jak woltamperometria cykliczna, galwanostatyczne ładowanie/rozładowanie, rozładowanie chronoamperometryczne,  opór polaryzacji, a także metoda impedancyjna. Oceniane będą takie parametry anodowego materiału wodorochłonnego jak wodorkowa pojemność właściwa, efektywny współczynnik dyfuzji atomowego wodoru, gęstość prądu wymiany układu H₂O/H₂, rozładowywalność wysokoprądowa i szybkość degradacji korozyjnej w warunkach cyklowania. Ze względu na obecność silnie aktywnych metali w badanych materiałach (La, Ce, Mg) podjęte zostaną próby zwiększenia odporności na cyklowanie poprzez modyfikację chemiczną proszków wytworzonych metodą MA (metody enkapsulacji cząstek). Wytypowane zostaną najkorzystniejsze kompozycje z punktu widzenia ogniw wodorkowych.

Projekt doktorski wykonywany będzie w ramach umowy o współpracy dwustronnej UJD z Uniwersytetem w Tunisie (ENSIT), z ramienia którego promotorem rozprawy będzie prof. Chokri Khaldi (ENSIT Tunis). Kandydat(ka) uzyska dwa stopnie doktorskie (ENSIT + UJD). Wg zalecenia Przewodniczącego Rady ds Nadawania Stopni Naukowych – prof.  Roberta Majznera, Doktorat w UJD powinien być przeprowadzony w trybie eksternistycznym (a nie jako co-tutelle). Analogiczny pogląd wyraża pani Prof. Alicja Gil – Kierownik Szkoły Doktorskiej UJD. Przewidywany termin obrony: IX. 2024 r.

Modification of electrochemical properties of ternary RE-Mg-Ni type materials synthesized by mechanical alloying method

Electrochemical properties of RE-Mg-Ni type intermetallics (RE- rare-earth metal(s), mainly La) of three stoichiometrich compositions: A₂Ni₉, A₂Ni₇ i ANi₃ (A = La, Ce, Mg)  will be characterized for their application in metal-hydride batteries of NiMH type.

Research program provides mechanical alloying (MA) method for  synthesis of above mentioned compositions, their in-depth structural characterization (XRD, SEM/EDS, DTG methods), evaluation of gas-phase hydrogen sorption (p-C-T isotherms) and extended electrochemical characteristics in de-aerated, strongly alkaline environment (6M KOH).

Electrochemical research will be carried out using cyclic polarization techniques (up to about 100 charge/discharge cycles), such as cyclic voltammetry, galvanistatic charge/discharge, chronoamperometry discharge, polarization resistance, as well as electrochemical impedance spectroscopy. The following parameters of anodic hydrogen absorbing material will be evaluated: hydrogen specific hydride capacity, effective diffusion coefficient of atomic hydrogen, exchange current density of H₂O/H₂ system, high-rate discharge ability and corrosion degradation rate in conditions of cycling. In front of presence strongly active metals in the tested materials (La, Ce, Mg) attempts will be made to increase their cyclic resistance by chemical modification of powder particles produced by MA method (encapsulation of the particles). The most advantageous compositions from the hydride electrodes and metal hydride batteries will be selected. The Doctoral project will be carried out within frames of mutual Agreement signed between UJD Czestochowa and University of Tunis (ENSIT) on behalf of which the promoter will be prof. Chokri Khaldi (ENSIT Tunis). Candidate will obtain two PhD degrees (from ENSIT and from UJD). As indicated by the chairman of UJD Council for Awarding Academic Degrees,  – prof. Robert Majzner, the PhD Thesis should be carried out at UJD in externistic mode rather than as co-tutelle. A similar view has been expressed by Manager of UJD Doctoral School –  prof. Alina Gil. Expected date of the doctorate defense: September, 2024.