Хранить водород в металле можно в 2 раза эффективнее, чем в баллонах - «Технологии»

Водород имеет огромный потенциал и может стать одним из ключевых элементов устойчивой мировой энергетики будущего, поскольку с его помощью можно хранить излишки возобновляемой энергии, избавить от вредных выбросов транспортную индустрию и создавать чистые энергоносители. Однако обычные системы хранения под высоким давлением или криогенные хранилища создают значительные технические и инженерные проблемы.

Для решения этих проблем ученые из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) и Sandia National Laboratories обратились к гидридам металлов, поскольку они обеспечивают исключительную высокую плотность энергии и могут обратимо выделять и поглощать водород в относительно мягких условиях. Их исследование было опубликовано в журнале Angewandte Chemie.

Твердотельные гидриды металлов с высокой объемной и гравиметрической плотностями водорода являются привлекательной альтернативой газофазному хранению водорода. Однако некоторые такие материалы обладают плохой термодинамикой поглощения водорода после первоначального высвобождения, что требует экстремального давления для регенерации. Это ограничение часто связано с их метастабильной природой и мешает их практическим приложениям.

В недавнем исследовании ученые нашли новый способ ослабить термодинамическое ограничение. Их работа сосредоточилась на одном типичном метастабильном металлогидриде под названием алан. Алан, или гидрид алюминия ((AlH3)n), имеет объемную плотность водорода в два раза больше, чем жидкий водород. Однако долгое время считалось, что преобразование металлического алюминия в алан невозможно, за исключением экстремальных условий с давлением более 6900 атмосфер дигидрогена (Н2).

Исследователи создали наноразмерный материал с улучшенной термодинамикой регенерации алана. Они обнаружили, что алан, расположенный в нанопорах высокопористого каркаса ковалентного триазина, функционализированного бипиридином, может быть регенерирован при давлении всего лишь 700 бар (690 атмосфер), что в десять раз ниже, чем требуется для его объемного аналога. Это давление легко достижимо на коммерческих водородных заправках, хотя для увеличения скорости процесса необходимы дальнейшие улучшения.

С помощью комбинации сложных спектроскопических и микроскопических экспериментов, а также моделирования ученые обнаружили удивительный и неинтуитивный механизм стабилизации алана. Механизм включает образование по сути стабильных радикалов и крошечных кластеров вещества, которые химически взаимодействуют с нанопорами ограничивающего каркаса, что приводит к термодинамике, которая полностью отличается от объемного материала.

«Наноконфайнмент - это действительно интересный подход к стабилизации метастабильных материалов, аккумулирующих водород, особенно с учетом широкой палитры потенциальных материалов-хозяев, - говорится в научной статье - Помимо хранения водорода, эта работа также может иметь значение для настройки свойств других материалов для производства и хранения энергии, включая батареи и катализаторы».

Предложенное американскими исследователями решение может стать основой для новой технологии твердотельных водородных аккумуляторов, которые послужат доступной альтернативой традиционным.

Источник: llnl.gov