Технології

Зроблено крок до вирішення однієї з головних проблем водневої енергетики

Вчені з Австрії, Великобританії, Туреччини, Словаччини та Росії придумали як насичувати тонкі шари металевого скла воднем при кімнатній температурі. Це серйозно розширює діапазон недорогих, енергоефективних і високопродуктивних матеріалів і методів, придатних для розвитку водневої енергетики.

Image by Flickr Hydrogen fuel station

Стаття опублікована Journal of Power Sources. Вчені розробили аморфну наноструктуру (металеве скло на основі FeNi), яку можна застосовувати в водневій енергетиці як накопичувач і сховище водню, в тому числі в мініатюрних системах з водневим живленням, де подібний накопичувач зможе замінити літій-іонну батарею.

Функціонально металевим склом можна замінити дорогий паладій, застосовуваний в водневих системах сьогодні. Таким чином, розробники підійшли до розв’язання проблеми виробництва економічно доцільних накопичувачів, відсутність яких — головна перешкода для розвитку водневої енергетики в промислових масштабах.

«Водень — найпоширеніший хімічний елемент у Всесвіті, чисте поновлюване джерело енергії, яким можна замінити використовувані сьогодні види палива. Однак зберігання водню — одна з головних технологічних проблем. Один з ключових матеріалів, які використовуються для зберігання і каталізу водню, це паладій.

Його висока вартість і помірна спорідненість до окислювальних або відновним середовищам при екстремальних умовах створюють великі бар’єри для промислового застосування, — пояснює Юрій Іванов, один з учасників дослідження. — Проблему можна вирішити за допомогою металевого скла, непрозорих сплавів аморфних металів, які не володіють кристалічною структурою.

Ці сплави мають вищу в порівнянні з кристалічним паладієм стійкість до агресивних середовищ, а їх вартість помітно нижче. Крім того, в металевому склі є так званий вільний атомний об’єм, простір між атомами, що дозволяє в набагато більшому ступені «просочувати» їх воднем у порівнянні з матеріалами, які мають кристалічну структуру ».

За словами вченого, металеве скло має величезний потенціал в енергетичному секторі завдяки аморфній структурі і відсутності типових дефектів, характерних для полікристалічних металів, а також високу стійкість до окислення і корозії.

Унікальність дослідження полягає в тому, що методи електрохімії застосували для збагачення воднем (гідрування) металевого скла і одночасно для визначення їх здатності поглинати водень.

Стандартні методи збагачення матеріалів воднем (газова адсорбція) вимагають високих температур і тисків. Це, по-перше, погіршує характеристики металевого скла, а по-друге, в принципі, обмежує діапазон матеріалів, доступних для дослідження. На відміну від газової адсорбції електрохімічне гідрування призводить до взаємодії водню з поверхнею електрода з металевого скла на основі FeNi при кімнатній температурі, як у випадку з паладієм.

Пропонований електрохімічний метод може бути використаний в якості альтернативи загальноприйнятому методу реакції газ-тверде тіло для сплавів з низькою ємністю або з низькими швидкостями «просочення» / «вивільнення» водню. Вчені також запропонували нову концепцію, яку назвали «ефективним обсягом», з її допомогою будуть визначати, наскільки ефективно металеві скла вбирають і віддають водень.

Для цього будуть вимірювати товщину і склад області взаємодії металевого скла з воднем за допомогою електронної мікроскопії та рентгенівської фотоелектронної спектроскопії. Мета майбутніх досліджень наукової групи — розробити і оптимізувати нові композиції металевих стекол для конкретних енергетичних програм.

Натхнення: naked-science.ru

Кнопка «Наверх»