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.

Источник: Neftegaz

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).