Ученые Инженерной школы ядерных технологий Томского политеха синтезировали новый композит на основе гидрида магния с улучшенными характеристиками. Они впервые добавили к гидриду магния нанопорошок металлического алюминия, полученный методом электрического взрыва проводников. Это позволило снизить температуру выхода водорода почти на 100 ºC, что делает данный подход перспективным для разработки новых материалов-накопителей водорода. Исследование проводилось при поддержке программы Минобрнауки «Приоритет 2030».
Результаты работы ученых опубликованы в журнале Materials (Q2; IF:3,4).
Металлогидридный метод хранения водорода считается одним из наиболее безопасных и эффективных. Водород хранится в связанном химическом виде, а когда его необходимо извлечь из накопителя, металлогидрид нагревают и происходит десорбция (выход) водорода из материала.
Гидрид магния является одним из перспективных для использования в системах металлогидридного хранения водорода: магний — распространенный, доступный и недорогой материал, который имеет высокую емкость хранения водорода. При этом гидрид магния — очень стабильное химическое соединение, его распад происходит при достаточно высоких температурах (около 400 ºC). Это усложняет и ограничивает применение гидрида магния при создании материалов-накопителей для нужд водородной энергетики.
Исследователи ТПУ разработали новый композит со структурой типа «ядро-оболочка» на основе гидрида магния, который можно использовать при более низких температурах. Они впервые применили в качестве добавки наноразмерный порошок алюминия, полученный методом электрического взрыва проводников. При данном методе проволока из алюминия помещается в специальную установку, где через нее пропускается большой ток. При взрыве проволоки образуется мелкодисперсный порошок, который затем окисляют, и на его поверхности формируется защитная оксидная пленка.
Полученный нанопорошок ученые смешали с гидридом магния при помощи шаровой планетарной мельницы. В результате был синтезирован композит, который представляет собой специфичную структуру, где гидрид магния выступает как ядро, а наноалюминий — оболочкой.
«Технология уникальна тем, что позволяет менять параметры электрического взрыва проводников и, таким образом, варьировать структуру и характеристики самого нанопорошка. Кроме того, данную технологию получения порошков использует ряд предприятий, она отработана в промышленном масштабе. Это позволит легко и быстро масштабировать процесс производства материалов-накопителей на основе гидрида магния с добавлением нанопорошков металлов», — рассказывает доцент отделения экспериментальной физики ТПУ Виктор Кудияров.
В рамках исследования политехники изучили морфологию и структурно-фазовое состояние композита, а также провели эксперименты, направленные на определение его десорбционных характеристик. Они показали, что температура выхода водорода снизилась до 336 ºC. Ученые считают, что это связано с добавлением алюминиевого порошка и каталитическим эффектом снижения энергии активации процессов сорбции и десорбции водорода. Кроме того, процесс выделения водорода начинается уже при температуре около 117 ºC. Полученные результаты в перспективе позволят расширить возможности использования отходов магния и алюминия для водородной энергетики.
Исследования в рамках проекта будут продолжены. Ученые планируют оптимизировать параметры получения нанопорошка и синтеза самого композита, что позволит еще снизить температуру десорбции водорода. Также в планах исследователей — разработка экспериментальных систем накопления водорода на основе данного композита.
Информация предоставлена пресс-службой Томского политехнического университета
Источник фото: ru.123rf.com