Томские ученые получили перспективный материал для хранения водорода
Ученые Инженерной школы ядерных технологий Томского политеха (ТПУ) разработали усовершенствованную технологию получения композита на основе гидрида магния для хранения водорода. Новый метод позволил более чем в два раза снизить температуру выхода водорода и добиться увеличения обратимой емкости материала по сравнению с существующим способом получения металлогидрида для хранения водорода.
Металлогидридный метод хранения водорода считается одним из наиболее безопасных и эффективных. Водород хранится в связанном химическом виде, при необходимости материал нагревают и происходит десорбция (выход) водорода. Один из перспективных материалов для металлогидридного хранения — гидрид магния. Сам по себе он имеет обратимую емкость порядка 7 массовых процентов, однако десорбция водорода происходит только при температуре около 400 оC.
Физики ТПУ создали новый композит на основе гидрида магния, который работает при более низкой температуре. Они впервые использовали метод электрического взрыва для получения наночастиц никеля и использовали их в качестве добавки к гидриду магния. Нанопорошок смешали с гидридом магния в шаровой планетарной мельнице и получили структуру ядро-оболочка, в которой магний выступает ядром, а наноникель — оболочкой.
«Полученный композит возможно использовать при температурах ниже 150 оC, что создает возможность использовать воду в качестве теплоносителя в металлогидридной системе хранения водорода, при этом обратимая емкость материала составила порядка 4 массовых процентов. Для сравнения, обратимая емкость самого изученного на сегодняшний день металлогидрида для хранения водорода из сплава лантана и никеля (LaNi5) составляет 1-2 массовых процента», — рассказал один из авторов исследования, доцент отделения экспериментальной физики ТПУ Виктор Кудияров.
В рамках проведенного исследования выявлены и описаны механизмы влияния наноразмерного никеля на снижение температуры десорбции водорода из гидрида магния. К ним относятся: синергетический эффект, возникающий из-за формирования дефектов, которые служат центрами зарождения новых фаз; каталитический эффект, заключающейся в ослаблении связей магний-водород в присутствии на поверхности атомов никеля; а также образование интерметаллических соединений, действующих как «водородный насос».
Сейчас физики ТПУ заняты синтезом большого объема композита на основе гидрида магния и никеля, чтобы оценить его эффективность при многократных циклах сорбции и десорбции в лабораторной системе хранения водорода.
Исследование выполнено в рамках госзадания и при поддержке федеральной программы Минобрнауки России «Приоритет-2030».