Катализатор физиков ТПУ снизил температуру выделения водорода в 4,5 раза
Синергия свойств компонентов позволила снизить температуру выделения ценного для промышленности газа до 86°С против 393°С при десорбции из чистого гидрида магния. Композит синтезирован из отечественной сырьевой базы и в три раза дешевле, чем аналог с применением импортных компонентов.
В настоящее время водород является одной из перспективных альтернатив традиционным видам топлива благодаря его высокой плотности энергии, широкой доступности и отсутствию вредных выбросов при его использовании, добыче и производстве. Водород может использоваться в газообразном, жидком и в химически связанном состоянии. Последний способ хранения на сегодняшний день считается самым эффективным.
«Одним из способов хранения водорода в химически связанном состоянии является применение гидридов металлов. В числе наиболее исследованных соединений — гидрид магния. Это вещество часто встречается в природе и характеризуется содержанием водорода на уровне 7 % по массе. Важным свойством гидрида магния является его высокая стабильность, однако она же причина того, что десорбция водорода требует нагрева до 400 °C. Поэтому возникает потребность поиска альтернативных материалов, позволяющих высвобождать водород при более низких температурах», — рассказывает соавтор исследования, доцент Инженерной школы ядерных технологий Виктор Кудияров.
Ученые ТПУ синтезировали композит на основе гидрида магния с добавлением наноразмерного никель-хромового порошка, который был получен методом электрического взрыва проводников. Компоненты смешивали в специальной шаровой мельнице. Благодаря механическому воздействию, удалось добиться структуры «ядро-оболочка», в которой катализатор равномерным слоем покрывает поверхность магния.
«На поверхности гидрида магния атомы никеля и хрома образуют с водородом ковалентные связи. Это приводит к перераспределению электронного заряда между атомами водорода и добавками-катализаторами, из-за чего ионная связь водорода с магнием ослабевает, а энергия связи водорода с поверхностью уменьшается в среднем на 60%. Благодаря равномерному распределению добавок по поверхности композита водороду требуется сообщить значительно меньше энергии для десорбции, по сравнению с чистым гидридом магния», — рассказывает соавтор исследования, доцент Инженерной школы ядерных технологий Леонид Святкин.
Ключевая научная новизна исследования, по словам ученых, заключается в том, что анализ природы химической связи между атомами веществ и ее динамики дает возможность целенаправленно синтезировать материалы с заранее заданными характеристиками.
«Так, например, высвобождение газа в синтезированном композите происходит при температуре 86°С. Это позволяет использовать в качестве теплоносителя, например, горячую техническую воду, которая есть на больших производственных предприятиях», — отмечает Виктор Кудияров.
Следует подчеркнуть, что водородный накопитель с использованием наноразмерного никель‑хромового порошка создан на основе отечественного сырья. Это решение позволяет сократить его себестоимость в три раза по сравнению с широко применяемым аналогом, в составе которого присутствуют никель и дорогостоящий импортный лантан.
В настоящее время ученые Томского политеха заняты разработкой больших систем хранения водорода на отечественной сырьевой базе, пригодные для массового производства.
Источник: пресс-служба Томского политехнического университета