Российские учёные создали инновационный материал для водородной энергетики — дешевле и эффективнее аналогов.
Специалисты Волгоградского государственного технического университета разработали уникальный материал на основе титана и железа для хранения водорода. Его ключевое преимущество заключается в том, что он не требует дорогостоящей и сложной предварительной подготовки (так называемой активации) и при этом обладает повышенной водородной ёмкостью. Эта разработка может стать важным шагом для внедрения водородных технологий в промышленность и энергетику.
Представьте металл, который действует как губка, но впитывает не воду, а газ — водород. Металлогидридные материалы — это соединения или сплавы, которые обратимо поглощают и выделяют значительные количества водорода, образуя при этом химическую связь с его атомами. Процесс напоминает зарядку аккумулятора: при контакте с водородом под давлением атомы газа внедряются в пустоты кристаллической решётки металла, образуя гидрид (например, если исходный материал — титан, то может получиться TiH₂). При нагреве или снижении давления связь ослабевает и водород высвобождается.
Главная ценность таких материалов — в их высокой ёмкости и безопасности: водород хранится в связанном, компактном и невзрывоопасном состоянии, в отличие от баллонов под высоким давлением или криогенных резервуаров с жидким водородом. Это делает их перспективными аккумуляторами для экологически чистой энергетики — например, в водородных топливных элементах для транспорта.
Однако поиск идеального металлогидрида — сложная задача. Материал должен обладать высокой ёмкостью, быстро «заряжаться» и «разряжаться», быть дешёвым и устойчивым к разрушению после множества циклов. Часто для этого создают сложные интерметаллические соединения — когда два или более металла соединяются друг с другом не как простая смесь, а как единое целое с уникальной структурой. Такие соединения обладают уникальными свойствами, которых нет у исходных металлов. Например, они могут быть прочнее, устойчивее к коррозии или могут лучше проводить тепло.
В случае с TiFe — интерметаллидом титана и железа — его особенность заключается в способности поглощать и удерживать водород, что делает его ценным для водородной энергетики. Важно, что интерметаллиды не являются случайными смесями: их состав и структура строго определены, как рецепт блюда, где каждый ингредиент добавлен в точной пропорции. В таком соединении один металл отвечает за ёмкость, а другой — за кинетику и стабильность процесса. Таким образом, металлогидриды — это высокотехнологичные «контейнеры», от которых во многом зависит практическая реализация водородной экономики будущего.
Сейчас опытные образцы нового материала, созданного в ВолгГТУ, проходят испытания. Полученные результаты подтверждают перспективность материала при создании металлогидридных аккумуляторов нового поколения и систем хранения водорода большой ёмкости. Напомним, в конце 2023 года было подписано поручение Президента РФ, в котором водородная энергетика указана как приоритетное направление в рамках Стратегии научно-технологического развития страны, и Россия должна стать одним из крупнейших мировых производителей и экспортёров водорода к 2035 году.