Ученые нашли способ значительно повысить эффективность хранения водорода
Москва, 14 мая - ИА Neftegaz.RU. Ученые из Сколково, Института кристаллографии имени А. Шубникова РАН и научных центров Китая, Японии и Италии провели совместное исследование и нашли способ повысить эффективность хранения водорода.
Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Energy Materials.
В результате исследования выяснилось, что сплавы щелочных металлов цезия и рубидия, которые имеют серебристо-желтый и серебристо-белый цвет, способны впитывать и задерживать в своем объеме в 4 раза больше водорода, чем другие существующие материалы.
Несмотря на разработку новых методов для производства водорода, его транспортировка остается препятствием для широкого применения в промышленности.
Эта проблема напрямую связана с физическими свойствами водорода, такими как его легкость (в 14 раз легче воздуха), высокая химическая активность и взрывоопасность.
Это затрудняет возможность его транспортировки и требует либо сжатия и сжижения, либо превращения в твердое тело, как кристалл из молекул H2, что требует значительных энергетических затрат.
В уплотненном виде водород содержит примерно вдвое меньше энергии на единицу объема по сравнению с природным газом, что снижает его эффективность для применения в транспорте.
Молекулы водорода также легко утекают из контейнеров и могут проникать внутрь металлических стенок, что создает проблемы для перевозки H2 в цистернах и криогенных резервуарах.
Альтернативой являются химические накопители, такие как сплавы магния и никеля или циркония и ванадия, которые могут удерживать водород в пустотах между атомами металлов в кристаллической решетке.
Это предлагает возможность упаковывать водород для хранения и затем высвобождать его путем нагрева, хотя такие сплавы могут удерживать не более трех атомов водорода на один атом металла.
Исследователям из Сколтеха, Института кристаллографии РАН и научных центров Китая, Японии и Италии удалось обойти это ограничение за счет синтеза соединений, в которых на один атом металла приходится от 7 до 9 атомов водорода.
Эти соединения - гептагидрид цезия (CsH7) и нонагидрид рубидия (RbH9).
По мнению ученых, они будут сохранять устойчивость при атмосферном давлении.
Соотношение атомов водорода в этих веществах выше, чем в любых известных гидридах, существующих при нормальных давлениях.
Это соотношение вдвое выше, чем в метане (CH4).
Эксперимент, в ходе которого были синтезированы соединения на основе цезия и рубидия, состоял из нескольких этапов.
Богатое водородом твёрдое вещество боразан (боран аммиака NH3BH3) реагирует с цезием или рубидием.
Получается соль - амидоборан цезия или рубидия.
При нагревании соль разлагается на моногидрид цезия или рубидия и большое количество водорода.
Эксперимент проходит в ячейке с алмазными наковальнями, которые обеспечивают давление в 100 тыс. атмосфер, в результате чего выделившийся водород втискивается в пустоты кристаллической решётки низших гидридов с образованием полигидридов: гептагидрида цезия и двух вариантов нонагидрида рубидия с разной топологией кристаллической структуры.
Авторы планируют масштабировать эксперимент с использованием гидравлического пресса для получения полигидридов цезия и рубидия в большем количестве и при меньшем давлении (10 тыс. атмосфер).
Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Energy Materials.
В результате исследования выяснилось, что сплавы щелочных металлов цезия и рубидия, которые имеют серебристо-желтый и серебристо-белый цвет, способны впитывать и задерживать в своем объеме в 4 раза больше водорода, чем другие существующие материалы.
Несмотря на разработку новых методов для производства водорода, его транспортировка остается препятствием для широкого применения в промышленности.
Эта проблема напрямую связана с физическими свойствами водорода, такими как его легкость (в 14 раз легче воздуха), высокая химическая активность и взрывоопасность.
Это затрудняет возможность его транспортировки и требует либо сжатия и сжижения, либо превращения в твердое тело, как кристалл из молекул H2, что требует значительных энергетических затрат.
В уплотненном виде водород содержит примерно вдвое меньше энергии на единицу объема по сравнению с природным газом, что снижает его эффективность для применения в транспорте.
Молекулы водорода также легко утекают из контейнеров и могут проникать внутрь металлических стенок, что создает проблемы для перевозки H2 в цистернах и криогенных резервуарах.
Альтернативой являются химические накопители, такие как сплавы магния и никеля или циркония и ванадия, которые могут удерживать водород в пустотах между атомами металлов в кристаллической решетке.
Это предлагает возможность упаковывать водород для хранения и затем высвобождать его путем нагрева, хотя такие сплавы могут удерживать не более трех атомов водорода на один атом металла.
Исследователям из Сколтеха, Института кристаллографии РАН и научных центров Китая, Японии и Италии удалось обойти это ограничение за счет синтеза соединений, в которых на один атом металла приходится от 7 до 9 атомов водорода.
Эти соединения - гептагидрид цезия (CsH7) и нонагидрид рубидия (RbH9).
По мнению ученых, они будут сохранять устойчивость при атмосферном давлении.
Соотношение атомов водорода в этих веществах выше, чем в любых известных гидридах, существующих при нормальных давлениях.
Это соотношение вдвое выше, чем в метане (CH4).
Эксперимент, в ходе которого были синтезированы соединения на основе цезия и рубидия, состоял из нескольких этапов.
Богатое водородом твёрдое вещество боразан (боран аммиака NH3BH3) реагирует с цезием или рубидием.
Получается соль - амидоборан цезия или рубидия.
При нагревании соль разлагается на моногидрид цезия или рубидия и большое количество водорода.
Эксперимент проходит в ячейке с алмазными наковальнями, которые обеспечивают давление в 100 тыс. атмосфер, в результате чего выделившийся водород втискивается в пустоты кристаллической решётки низших гидридов с образованием полигидридов: гептагидрида цезия и двух вариантов нонагидрида рубидия с разной топологией кристаллической структуры.
Авторы планируют масштабировать эксперимент с использованием гидравлического пресса для получения полигидридов цезия и рубидия в большем количестве и при меньшем давлении (10 тыс. атмосфер).