Речь идет о новом материале-накопителе на основе гидрида магния. В нем водород хранится в связанном химическом виде, а не в сжатом, как обычно. Чтобы его выпустить из металлогидридной системы, его нужно нагреть. Для создания материала томские ученые первыми использовали металлорганические каркасные структуры на основе хрома.
Металлогидридное хранение водорода более безопасное и эффективное, чем другие методы, но у применения гидрида магния для хранения водорода есть серьезный недостаток: чтобы извлечь из него водород, надо нагревать материал до очень высоких температур, потому что это стабильное химическое соединение. Достижение ученых Томского политеха в том, что они синтезировали новый материал, который «работает» при более низких температурах.
Композит был получен методом механохимического синтеза в планетарных мельницах из гидрида магния и металлоорганических каркасных структур на основе хрома.
«Мы подобрали оптимальные условия синтеза для получения необходимой структуры с заданными свойствами. Сорбция и десорбция водорода из гидрида магния происходит при температуре 400 °C. Созданный нами композит может работать в более низком диапазоне температур — ниже 260 °C», — поясняет доцент отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Виктор Кудияров.
Также в рамках работы ученые изучили изменение дефектной структуры композита в процессе циклов сорбции и десорбции водорода. Это позволило выявить основные закономерности взаимодействия водорода с материалом, показать какие дефекты есть в материале и как они меняются в процессе сорбции и десорбции. Это важно, потому что накопление дефектов ограничивает число циклов зарядки-разрядки водородом.
«Мы разработали уникальные методы изучения взаимодействия водорода с материалами-накопителями методами электронно-позитронной аннигиляции. Мы получили на исследовательском ядерном реакторе вуза короткоживущий изотоп меди, который испускает позитроны. Созданный нами источник позитронов на основе меди в отличии от стандартных источников на основе титана можно применять в агрессивных средах, например, греть в среде водорода. Это позволило изучить в ходе экспериментов, как изменение дефектной структуры композита влияет на свойства и особенности взаимодействия водорода с материалом-накопителем», — комментирует профессор отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Андрей Лидер.
В ходе экспериментов ученые выяснили, что полученный композит представляет собой структуру типа «ядро-оболочка». То есть частицы гидрида магния покрыты наноразмерными частицами хрома. Это определяет ключевые свойства материала.
«Наночастицы хрома, с одной стороны, оказывают каталитический эффект. Проникновение водорода в композит происходит не через поверхность магния, а через частицы хрома, поскольку для взаимодействия с ним требуется меньше энергии. Это связано с тем, что происходит снижение энергии диссоциации молекул водорода. С другой стороны, дефекты, сформированные в гидриде магния при совместной механохимической обработке с металлоорганическими каркасными структурами на основе хрома, способствуют улучшению сорбционных и десорбционных свойств композита», — отмечает доцент отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Роман Лаптев.
Ученые планируют проведение дальнейших исследований, связанных с улучшением свойств нового композита. В частности, с еще большим понижением минимальной температуры, при которой он будет эксплуатироваться.
Исследование проводилось при поддержке федеральной программы Минобрнауки «Приоритет 2030». Результаты работы ученых опубликованы в Journal of Alloys and Compounds (Q1; IF:6,371).