Scienty

Специалисты Инженерной школы ядерных технологий ТПУ разработали композитный материал, сочетающий гидрид магния и наноразмерный порошок никель-хрома, предназначенный для хранения водорода. Благодаря сочетанию характеристик используемых веществ, удалось уменьшить температуру высвобождения водорода, необходимого в различных отраслях промышленности, до 86°С, в то время как при десорбции из чистого гидрида магния она составляет 393°С. Материал создан из сырья российского производства и в три раза доступнее по цене, чем его аналог, использующий импортные компоненты.

Фото: img.freepik.com

Работа была проведена при финансовой поддержке федеральных программ Министерства науки и высшего образования «Молодежные лаборатории» (№ FSWW-2024-0001) и «Приоритет-2030», входящих в национальный проект «Молодежь и дети». Полученные итоги опубликованы в журнале Hydrogen (Q2, IF: 3.0).

В текущих условиях водород представляется многообещающей альтернативой обычным видам топлива, поскольку он обладает высокой энергетической плотностью, распространенностью и не выделяет вредных веществ при использовании, добыче и создании. Водород способен применяться в газообразной, жидкой и химически связанной формах, причем последний метод хранения на данный момент признается наиболее результативным.

«Химическое связывание водорода – один из перспективных методов его хранения, и в качестве решения используют гидриды металлов. Среди них особое внимание уделяется гидриду магния, распространенному в природе веществу, содержащему около 7% водорода по массе. Несмотря на высокую стабильность, которая является важным преимуществом гидрида магния, для высвобождения водорода необходим нагрев до 400°C. В связи с этим, возникает необходимость в разработке альтернативных материалов, которые позволили бы выделять водород при более низких температурах, как отмечает соавтор исследования, доцент Инженерной школы ядерных технологий Виктор Кудияров.

Специалисты из МФТИ разработали композитный материал, сочетающий гидрид магния и наноразмерный порошок никель-хрома, полученный с помощью электроэрозионного метода. Смешение составляющих осуществлялось в шаровой мельнице. Механическое воздействие позволило сформировать структуру типа «ядро-оболочка», при которой катализатор образует равномерное покрытие поверхности магния.

«На поверхности гидрида магния атомы никеля и хрома формируют ковалентные связи с водородом. Вследствие этого происходит перераспределение электронного заряда между атомами водорода и каталитическими добавками, что ослабляет ионную связь водорода с магнием и снижает энергию связи водорода с поверхностью в среднем на 60%. Равномерное распределение добавок по поверхности композита позволяет снизить энергетические затраты на десорбцию водорода по сравнению с чистым гидридом магния, как поясняет соавтор исследования, доцент Инженерной школы ядерных технологий Леонид Святкин.

По мнению исследователей, принципиально новым научным достижением является то, что изучение особенностей химической связи между атомами и ее изменения со временем позволяет намеренно создавать материалы с определенными свойствами.

«По словам Виктора Кудиярова, выделение газа из полученного композита начинается при температуре 86°C. Благодаря этому, для циркуляции тепла можно использовать, к примеру, горячую воду, которая обычно доступна на крупных промышленных объектах.

Важно отметить, что водородный накопитель, разработанный с применением наноразмерного никель-хромового порошка, изготовлен из отечественного сырья. Благодаря этому удается снизить его стоимость в три раза, в отличие от распространенной альтернативы, содержащей никель и дорогостоящий импортный лантан.

В настоящее время специалисты Томского политехнического университета ведут работу над созданием масштабных систем хранения водорода, использующих российское сырье, которые могут быть запущены в серийное производство.

Пресс-служба Томского политехнического университета предоставила информацию и фотографии