Isostructural Transition of Zr0.7Hf0.15Nb0.15Co0.6Cu0.15Ni0.25 Alloy for Isotope Trapping Minimization and High‐Temperature Durability Enhancement

等结构 结晶学 X射线晶体学 过渡金属 材料科学 矿物学 化学 晶体结构 物理 衍射 生物化学 光学 催化作用
作者
Jiacheng Qi,Xinyi Zhang,Yu Bai,Xuezhang Xiao,Fei Chu,Tiao Ying,Xingwen Feng,Jiangfeng Song,Xiaoyan Shi,Huaqin Kou,Changan Chen,Wenhua Luo,Lixin Chen
出处
期刊:Energy & environmental materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/eem2.70000
摘要

The launch of International Thermonuclear Experimental Reactor project paves the way to wide adoption of DT fusion energy as future energy source. Efficient fuel cycle to minimize strategic tritium inventory proves crucial for commercially viable fusion technologies. ZrCo alloy is considered as a promising candidate for fast isotope handling. However, cycling degradation caused by hydrogen‐induced disproportionation results in severe tritium trapping, thus impeding its practical application. Herein, an isostructural transition is successfully constructed with low hysterisis, ameliorated plateau flatness of pressure‐composition isotherms and improved high‐temperature durability for hydrogen trapping minimization. Specifically, the optimal Zr 0.7 Hf 0.15 Nb 0.15 Co 0.6 Cu 0.15 Ni 0.25 alloy adopts Hf‐Nb and Cu‐Ni as Zr and Co side doping elements, exhibiting substantial thermodynamic destabilization with nearly 90 °C reduction of delivery temperature, and significant kinetic promotion with a threefold lower energy barrier. More importantly, both hydrogen utilization and cycling retention of optimal alloy are increased by about twenty times compared with pristine alloy after 100 cycles at 500 °C. Minimized disproportionation driving force from both isostructural transition and suppressed 8e hydrogen occupation realizes full potential of optimal alloy. This work demonstrates the effectiveness of combining isostructural transformation and high‐temperature durability improvement to enhance the hydrogen utilization of ZrCo‐based alloys and other hydrogen storage materials.
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