В России предложили по-новому хранить водород
В ходе сотрудничества ученых Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук (ФИЦ ПХФ и МХ РАН) и специалистов Центра водородной энергетики (ЦВЭ) ПАО АФК «Система» существенно усовершенствована технология хранения водорода. Работа опубликована изданием Journal of Alloys and Compounds.
Традиционное хранение газообразного или жидкого водорода в емкостях затратно и небезопасно. Ученые активно изучают адсорбционные и химические методы хранения. В последнем случае водород хранится в связанном виде. В нужный момент запускается реакция разложения вещества-хранителя, и «освобожденное» топливо поступает в энергетическую установку.
Исследователи изучили свойства материала, получаемого при взаимодействии боргидрида магния Mg (BH4)2 и тетрааммиаката боргидрида цинка Zn (BH4)2(NH3)4. Оба этих вещества сами по себе используются для химического хранения водорода. Но выяснилось, что в результате смешения образуется структура, которая значительно повышает эффективность химического хранения водорода и позволяет точнее управлять процессом его выделения.
Новый материал был получен путем механохимической обработки в планетарной мельнице и в ходе обычного нагревания смеси из Mg (BH4)2 и Zn (BH4)2(NH3)4, взятых в эквимолярном соотношении. Во время реакции тетрааммиакат боргидрида цинка теряет примерно 50% молекул NH3, которые «переселяются» к боргидриду магния. В этой фазе смесь содержит очень близкие по размерам молекулы диаммиакатов боргидридов цинка и магния, что обеспечивает ей стабильную биактионную структуру.
Стабильность структуры Mg-Zn была подтверждена квантово-химическими вычислениями. В ходе моделирования выяснилось, что в диапазоне температур от 130°C до 175°C смесь может удерживать до пяти молекул NH3. Модельные кристаллы представляли собой группы (BH4‒)2M2+(NH3)2, при этом атомы Zn и Mg (обозначены буквой М — металл) формировали гофрированные пластины в форме искривленных ромбов.
В новом материале выделение водорода из аммиака начинается при меньшей температуре по сравнению с исходными компонентами по отдельности. При этом экзотермический характер процесса сохраняется. Последнее важно для автономных компактных энергетических систем, работающих на водородном топливе.
Работа представляет особую ценность для производства мобильных энергетических систем, требующих высокую плотность хранения водорода. Управляя соотношением катионов Zn2+ и Mg2+, можно регулировать температуру разложения аммиака или аналогичных соединений, содержащих водород. Это позволит синтезировать материалы с заданными параметрами для конкретного применения, в том числе в космосе.
Об уникальном источнике чистого водорода на дне Тихого океана читайте в материале Hi-Tech Mail.
