ISSN 1608-4039 (Print)
ISSN 1680-9505 (Online)

Для цитирования:

Бурчаков А. В., Емельянова У. А., Гаркушин И. К., Дворянова Е. М., Финогенов А. А. Моделирование фазового комплекса и экспериментальное выявление составов электролитных низкоплавких смесей в стабильном треугольнике LiF-NaF-KCl четырехкомпонентной взаимной системы Li+ ,Na+ ,K+ ||F− ,Cl− // Электрохимическая энергетика. 2024. Т. 24, вып. 2. С. 103-112. DOI: 10.18500/1608-4039-2024-24-2-103-112, EDN: AICCCQ

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Электролиты для химических источников тока
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
544.1+544.015.3+544.018.4
DOI: 
10.18500/1608-4039-2024-24-2-103-112
EDN: 
AICCCQ

Моделирование фазового комплекса и экспериментальное выявление составов электролитных низкоплавких смесей в стабильном треугольнике LiF-NaF-KCl четырехкомпонентной взаимной системы Li+ ,Na+ ,K+ ||F− ,Cl−

Авторы: 
Бурчаков Александр Владимирович, Самарский государственный технический университет
Емельянова Ульяна Александровна, Самарский государственный технический университет
Гаркушин Иван Кириллович, Самарский государственный технический университет
Дворянова Екатерина Михайловна, Самарский государственный технический университет
Финогенов Антон Александрович , Самарский государственный технический университет
Аннотация: 

Галогениды щелочных металлов находят применение в качестве теплоаккумулирующих материалов, электролитов для химических источников тока, растворителей неорганических веществ. Построена 3D модель фазовых равновесных состояний квазитройной системы LiF-NaF-KCl, являющейся стабильным треугольником четырехкомпонентной взаимной системы Li+ ,Na+ ,K+ ||F-,Cl-, с применением программ трехмерной векторной графики. На основе 3D модели впервые построены политермические, изотермические разрезы и политерма кристаллизации фаз. Стабильный характер треугольника LiF-NaF-KCl подтвержден термодинамическим расчетом для нескольких температур взаимодействия смесей веществ, входящих в нестабильный треугольник LiCl-NaF-KF. Политерма кристаллизации позволяет выбрать составы смесей в диапазоне температур 590–650 и 590–700°С для практического использования в качестве расплавляемых электролитов среднетемпературных химических источников тока.

Ключевые слова: 
электролит плавкости
галогениды щелочных металлов
3D модель
фазовый комплекс
квазитройная система
политермический разрез
изотермический разрез
политерма кристаллизации фаз
Благодарности: 
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № FSSE-2023-0003) в рамках государственного задания Самарского государственного технического университета.
Список источников: 
  1. Васина Н. А., Грызлова Е. С., Шапошникова С. Г. Теплофизические свойства многокомпонентных солевых систем. М. : Химия, 1984. 112 с.
  2. Чернеева Л. И., Родионова Е. К., Мартынова Н. М. Энтальпия плавления солевых эвтектик. М. : Ин-т высоких температур АН СССР, 1980. № 3 (23). 56 с. (Серия: Обзоры по теплофизическим свойствам веществ).
  3. Ma L., Zhang C., Wu Yu., Lu Y. Comparative review of different influence factors on molten salt corrosion characteristics for thermal energy storage // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2012. Vol. 235. Article number 111485. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2021.111485
  4. Caraballo A., Galán-Casado S., Caballero Á., Serena S. Molten Salts for Sensible Thermal Energy Storage: A Review and an Energy Performance Analysis // Energies. 2021. Vol. 14. Article number 1197. 15 p. https://doi.org/10.3390/en14041197
  5. Bauer T., Odenthal Ch., Bonk A. Molten Salt Storage for Power Generation // Chemie Ingenieur Technic. 2021. Vol. 93, № 4. P. 534-546. https://doi.org/10.1002/cite.202000137
  6. Yuan K., Shi J., Aftab W., Qin M., Usman A., Zhou F., Lv Y., Gao S., Zou R. Engineering the thermal conductivity of functional phase-change materials for heat energy conversion, storage, and utilization // Advanced Functional Materials. 2020. Vol. 30. Article number 1904228. 31 pp. https://doi.org/10.1002/adfm.201904228
  7. Бабаев Б. Д. Высокотемпературные фазопереходные теплоаккумулирующие материалы на основе системы Li,Na,Ca,Ba∥F,MoO4 и их свойства // Теплофизика высоких температур. 2014. Т. 52, № 4. С. 568.
  8. Вердиева З. Н., Вердиев Н. Н., Мусаева П. А., Сириева Я. Н. Тепловое аккумулирование на базе эвтектик солевых систем из галогенидов и сульфатов щелочноземельных металлов // Химическая термодинамика и кинетика : сб. материалов XI Междунар. науч. конф. Великий Новгород : Изд-во Новгород. гос. ун-та им. Ярослава Мудрого, 2021. С. 51.
  9. Химические источники тока : справочник / под ред. Н. В. Коровина, А. М. Скундина. М. : Издво МЭИ, 2003. 740 с.
  10. Коровин Н. В. Электрохимическая энергетика. М. : Энергоатомиздат, 1991. 264 с.
  11. Баталов Н. Н. Высокотемпературная электрохимическая энергетика. Успехи и проблемы // XI Междунар. конф. по физ. химии и электрохимии расплавленных и твердых электролитов : тез. докл. : в 2 т. Екатеринбург, УрО РАН, 1998. Т. 1. С. 3-4.
  12. Masset P., Guidotti R. A. Review Thermal activated (thermal) battery technology. Part. II. Molten salt electrolytes // J. Power Sources. 2007. Vol. 164. P. 397-414. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.10.080
  13. Khokhlov V. A. On the Classification of Molten Salt Electrolytes // Russian Metallurgy (Metally). 2010. Vol. 2010, № 2. P. 96-104. https://doi.org/10.1134/S0036029510020047
  14. Блинкин B. Л., Новиков В. Н. Жидкосолевые ядерные реакторы. M. : Атомиздат, 1978. 111 с.
  15. Делимарский Ю. К., Барчук Л. П. Прикладная химия ионных расплавов. Киев : Наукова думка, 1988. 192 с.
  16. Бабиков Л. Г., Баранов М. В., Бекетов А. Р., Васин Б. Д., Волкович В. А., Десятник В. Н., Казанцев Г. Н., Катышев С. Ф., Распопин С. П., Скиба О. В., Трифонов И. И., Трифонов К. И. Катышев Сергей Филиппович. Патент № 2577756 РФ, МПК G21C 3/42. Топливо энергетического реактора на быстрых нейтронах с активной зоной в виде солевого расплава для конверсии тория-232 в уран-233: № 2011152408/07 ; Заявл. 21.12.11 ; Опубл. 20.03.16 ; Бюль. № 8. 3 с.
  17. Трифонов К. И., Заботин И. Ф., Катышев С. Ф., Никифоров А. Ф. Электропроводность расплавов смесей трихлорида гадолиния с хлоридами натрия и калия // Расплавы. 2017. № 6. С. 512- 515.
  18. Trifonov K. I., Zabotin I. F., Krotov V. E., Nikiforov A. F. Density and molar volume of molten GdCl3-NaCl and GdCl3-KCl binary mixtures // Russian metallurgy (Metally). 2019. № 8. P. 838-841.
  19. Гаркушин И. К. Применение солевых, оксидно-солевых и оксидных составов в технологии // Термический анализ и фазовые равновесия. Пермь : Перм. гос. ун-т, 1984. С. 101-111.
  20. Делимарский Ю. К. Химия ионных расплавов. Киев : Наук. думка, 1980. 323 с.
  21. Присяжный В. Д., Кириллов С. А. Химические процессы в расплавленных солевых средах // Ионные расплавы. 1975. № 3. С. 82-90.
  22. Khokhlov V., Ignatiev V., Afonichkin V. Evaluating physical properties of molten salt reactor fluoride mixtures // Journal of Fluorine Chemistry. 2009. Vol. 130, № 1. P. 30-37.
  23. Sangster J., Pelton A. D. Thermodynamic calculation of phase diagrams of 60 common-ion ternary systems with ordinary ions containing cations Li, Na, K, Rb, Cs and anions F, Cl, Br, I // J. Phase Equilibria and Diffusion. 1991. Vol. 12, iss. 5. P. 511-537.
  24. Sangster J., Pelton A. D. Phase diagrams and thermodynamic properties of 70 binary alkaline-halide systems containing common ions // J. Phys. Chem. Ref. Data. Vol. 16, № 3. P. 509-561.
  25. Минченко В. И., Степанов В. П. Ионные расплавы: упругие и калориметрические свойства. Екатеринбург : УрО РАН, 2008. 340 с.
  26. Janz G. J. Thermodynamic and Transport Proptrties for Molten Salts // Journal of Physical and Chemical Reference Data. 1988. Vol. 17. Supplement № 2. 319 р.
  27. Гаркушин И. К., Кондратюк И. М., Дворянова Е. М., Данилушкина Е. Г. Анализ, прогнозирование и экспериментальное исследование рядов систем из галогенидов щелочных и щелочноземельных элементов. Самара : Самар. гос. техн. ун-т, 2007. 148 с.
  28. Бурчаков А. В. Моделирование фазового комплекса многокомпонентных систем с участием хроматов и галогенидов щелочных металлов : дис. … канд. хим. наук. Самара, 2016. 195 с.
  29. Ганин Н. Б. Проектирование и прочностной расчет в системе КОМПАС-3D V13. 8-e изд., перераб. и доп. М. : ДМК Пресс, 2011. 320 с.
  30. Kang J. 3D Stereo spatial phase diagram for typical complex ternary system // J. Kang. Material Sci. & Eng. 2019. Vol. 3, iss. 1. P. 38-40.
  31. Гаркушин И. К., Чугунова М. В., Милов С. Н. Образование непрерывных рядов твердых растворов в тройных и многокомпонентных солевых системах. Екатеринбург : УрО РАН, 2011. 140 c.
  32. Термические константы веществ : справочник / под ред. В. П. Глушко. М. : ВИНИТИ. 1981. Вып. 10, ч. 2. 300 с.
  33. Barin I., Platzki Z. Thermochemical data of pure substances. Weinheim ; New York : VCH, 1995. 1885 р.
  34. Радищев В. П. Многокомпонентные системы. М. : 1963. Деп. в ВИНИТИ АН СССР, № 1516- 63. 502 с.
  35. Посыпайко В. И. Методы исследования многокомпонентных систем. М. : Наука, 1978. 255 с.
  36. Посыпайко В. И., Васина Н. А., Грызлова Е. С. Конверсионный метод исследования многокомпонентных взаимных солевых систем // Докл. АН СССР. 1975. Т. 23, № 5. С. 1191-1194.
  37. Козырева Н. А. Матрицы фигур конверсии пятикомпонентных взаимных систем из 9 солей // Докл. РАН. 1992. Т. 325, № 3. С. 530-535.
  38. Трунин А. С. Комплексная методология исследования многокомпонентных систем. Самара : СамГТУ. 1997. 308 с.
  39. Артемов Н. А., Чижов П. С. Практическое руководство по выполнению рентгенофазового анализа минералов с использованием программных комплексов Crystallographica Search-Match и Siroquant. М. : МГУ, 2009. 52 с.

 

Поступила в редакцию: 
10.04.2024
Принята к публикации: 
10.06.2024
Опубликована: 
28.06.2024