Работа выполнена при поддержке госзадания «Наука». Лабораторное оснащение выполнено на средства федеральной программы «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети». Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Hydrogen Energy.
Ранее учеными Инженерной школы ядерных технологий ТПУ был предложен новый принцип проектирования материалов водородной энергетики. Специалисты доказали, что добавление наноразмерного никеля к гидриду магния приводит к каталитическому эффекту и к формированию устойчивых дефектных конфигураций и интерметаллидов, которые радикально перестраивают кинетику переноса водорода и снижают энергетические барьеры его выделения и поглощения.
Так, ученые получили трехкомпонентный накопитель водорода на основе гидрида магния с добавлением 15 мас. % наноразмерного никеля и 1 мас. % одностенных углеродных нанотрубок в качестве теплопроводящей добавки. Смесь измельчали в планетарной шаровой мельнице при частоте 25 Гц в течение 120 минут в инертной атмосфере аргона. Затем систему тестировали в условиях де/ адсорбции в широком температурном диапазоне. Емкость накопителя составила 5,5 мас. % водорода. Для сравнения, чистый гидрид магния имеет емкость 7 мас. %. При этом энергия активации десорбции водорода для композита составляет 50-58 кДж/моль, что примерно в три раза ниже значения для гидрида магния (161 кДж/моль).
Свойства полученного композита исследовали методом спектроскопии аннигиляции позитронов с использованием радиоизотопа меди, рентгенофазовым анализом, термостимулированной десорбцией и анализом содержания водорода.
Еще одна особенность материала — формирование интерметаллической фазы, которая действует как «водородный насос». Благодаря развитой сети дефектов, которые, наряду с катализаторами, являются активными центрами рекомбинации и диссоциации водорода, происходит его перераспределение в кристаллической решетке. Благодаря этому физическому механизму происходит его локализация в энергетически выгодных положениях. Суть проявляется в более беспрепятственном высвобождении водорода благодаря наличию огромного количества дефектов кристаллической решетки, вызванных совместным измельчением компонентов композита стальными шариками в планетарной мельнице.
Данная работа демонстрирует, что определение характеристик дефектов в реальном времени позволяет рационально оптимизировать материалы для хранения водорода на основе контроля микроструктуры, что открывает возможности для создания перспективных систем хранения энергии и водородных энергетических технологий следующего поколения.
Источник: ТПУ