В журнале Advanced Energy Materials появилась статья о новом методе улучшения хранения водорода. Исследование было проведено группой учёных из Сколково, Института кристаллографии имени А. Шубникова РАН и научных центров Китая, Японии и Италии.
Оказалось, что сплавы щелочных металлов цезия и рубидия, которые имеют серебристо-жёлтый и серебристо-белый цвет, могут поглощать и удерживать в себе в четыре раза больше водорода по сравнению с другими материалами.
Несмотря на появление новых методов производства водорода, его применение в промышленности всё ещё ограничено из-за сложностей с транспортировкой. Это связано с физическими свойствами водорода: он очень лёгкий (в 14 раз легче воздуха), химически активный и взрывоопасный. Для безопасной транспортировки водород необходимо либо сильно сжать и перевести в сжиженное состояние, либо превратить в твёрдое тело — кристалл из молекул H2. Оба способа требуют значительных затрат энергии.
В сжатом виде водород содержит примерно вдвое меньше энергии на единицу объёма по сравнению с природным газом, что снижает его эффективность при использовании в транспорте. Молекулы водорода также легко улетучиваются из контейнеров и могут проникать через металлические стенки, что создаёт проблемы при транспортировке H2 в цистернах и криогенных резервуарах. Альтернативой являются химические накопители, такие как сплавы магния и никеля или циркония и ванадия, которые способны удерживать водород в пустотах между атомами металлов в кристаллической решётке. Это позволяет «упаковывать» водород для хранения и затем высвобождать его путём нагревания, хотя такие сплавы могут удерживать не более трёх атомов водорода на один атом металла.
Проблема была решена учеными за счет синтеза соединений (гептагидрид цезия (CsH7) и нонагидрид рубидия (RbH9)), в которых на один атом металла приходится от 7 до 9 атомов водорода. Считается, что они будут стабильны при атмосферном давлении. Кроме того, количество атомов водорода в этих веществах больше, чем в любых других гидридах, существующих при нормальных условиях.
Эксперимент проводится в несколько этапов:
- Богатое водородом твёрдое вещество боразан (боран аммиака NH3BH3) вступает в реакцию с цезием или рубидием, в результате чего образуется соль — амидоборан цезия или рубидия.
- Соль подвергается нагреванию, что приводит к её разложению на моногидрид цезия или рубидия и большое количество водорода.
Эксперимент проходит в ячейке с алмазными наковальнями, которые создают давление в 100 тысяч атмосфер. Это позволяет выделить водород, который затем «втискивается» в пустоты кристаллической решётки низших гидридов. В результате образуются полигидриды: гептагидрид цезия и два варианта нонагидрида рубидия с разной топологией кристаллической структуры.
Таким образом, в ходе эксперимента было установлено, что при определённых условиях возможно получение соединений с высоким содержанием водорода. Эти соединения могут стать перспективными материалами для хранения и транспортировки водорода, поскольку они способны удерживать большое количество этого газа при атмосферном давлении.
Источник: Neftegaz.ru