Создан экологически чистый наноаккумулятор на основе водородного топлива

Учёные разработали принципиально новый метод связывания водорода, который, по мнению многих аналитиков, является перспективным экологически чистым топливом будущего. Технология подразумевает использование уже известных материалов, но в форме наночастиц.

Материал, из которого состоит аккумулятор нового поколения, представляет собой нанокомпозит – два основных компонента, объединённых в механической смеси. Первый, металлический магний, используется в виде нанокристаллов, которые и отвечают за связывание водорода. Второй компонент – специальный полимер, проницаемый для водорода и играющий роль однородной среды, в которой содержатся элементы магния.

После нескольких экспериментов, проведённых группой учёных из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли под руководством профессора Джеффри Урбана, выяснилось, что материал при нагревании до 200 градусов Цельсия полностью «заряжается» водородом менее чем за 30 минут. При этом количество водорода может достигать 6% общей массы кристаллов магния в нанокомпозите. Также было установлено, что ёмкость, температурный режим и быстродействие материала отвечают общепринятым стандартам, что говорит о потенциальной возможности внедрения систем на его основе в различных технических средствах на коммерческой основе, главным образом, в автотранспорте. Большим плюсом нового материала для аккумуляторов является также то, что многократно повторяющиеся циклы зарядки и разрядки не наносят ему существенного вреда.

Экономическая целесообразность использования технологий на основе нового материала также не оставляет сомнений, так как он является довольно дешевым за счет отказа от дорогих катализаторов, часто используемых в технологиях с водородным топливом. На данном этапе разработки задача учёных состоит в увеличении ёмкости материала по водороду до значения, превышающего 6% от массы аккумулятора.

Разработки, связанные с использованием водорода в энергетических целях, ведутся уже не один десяток лет. Ведь водород при сгорании оставляет после себя лишь пары воды, что делает его одним из наиболее чистых топливных материалов в мире. Одной из самых серьёзных проблем в таких исследованиях всегда была проблема поиска надёжного и эффективного метода хранения водорода. Сжатие водорода как способ хранения является не очень целесообразным, потому как для этого нужны тяжёлые металлические баллоны с толстыми стенками для поддержания нужного уровня давления. Именно поэтому разработки ведутся по альтернативному пути поиска подходящих твёрдых материалов, способных удерживать в своей структуре большие объёмы водорода, который можно высвободить при нагревании.

В этом направлении было проделано множество испытаний различных материалов: углеродных нанотрубок, полимеров, химически активных металлов и так далее. Поиск материала усложнялся противоречивыми требованиями к его свойствам. С одной стороны, он должен был активно взаимодействовать с водородом, вбирая в себя как можно большее его количество, а с другой стороны – должен был не слишком сильно его связывать для простого высвобождения при температурном воздействии.

Испытания гидридов лёгких металлов, таких как гидрид магния, показали, что эти материалы хорошо абсорбируют довольно большое количество водорода в своей структуре, однако связывают его слишком прочно. Это приводит к тому, что для высвобождения водорода из структуры гидрида необходимо нагревать его до очень высоких температур, что требует дополнительных неоправданных энергозатрат. На основе результатов проведенных испытаний группа профессора Урбана выяснила, что использование наночастиц магния значительно ускоряет процессы абсорбации и выделения водорода, в первую очередь за счёт особой структуры поверхности магния, которую он приобретает в наноразмерном состоянии.

Данное достижение показывает возможности науки в разработке специальных материалов, по своим полезным свойствам превосходящих традиционные. Джеффри Урбан отмечает, что в ближайшее время планируется дальнейшая оптимизация как полимерного носителя, так и металлических наночастиц, что в недалёком будущем сделает возможным широкое применение водородного топлива в энергетике.

Источник: facepla.net