Исследование ученых выполнено в рамках Госзадания (№ FSWW-2023-0005) и при поддержке федеральной программы Минобрнауки «Приоритет-2030». Результаты работы опубликованы в журналах International Journal of Hydrogen Energy (Q1, IF: 4.3) и Metals (Q2, IF: 2.6).
Металлогидридный метод хранения водорода считается одним из наиболее безопасных и эффективных. Водород хранится в связанном химическом виде, при необходимости металлогидрид нагревают и происходит десорбция (выход) водорода из материала.
На сегодняшний день гидрид магния является одним из перспективных материалов для использования в системах металлогидридного хранения водорода. Сам по себе он имеет обратимую емкость порядка 7 массовых процентов, однако десорбция водорода происходит при температуре примерно 400 ºC. Поэтому возникает потребность в поиске способов снижения температуры выхода водорода.
Физики ТПУ создали новый композит на основе гидрида магния, который работает при более низкой температуре. Они впервые использовали метод электрического взрыва для получения наночастиц никеля и использовали их в качестве добавки к гидриду магния. Нанопорошок смешали с гидридом магния в шаровой планетарной мельнице и получили структуру ядро-оболочка, в которой магний выступает ядром, а наноникель — оболочкой.
В рамках проведенного исследования выявлены и описаны механизмы влияния наноразмерного никеля на снижение температуры десорбции водорода из гидрида магния. Они состоят в синергетическом эффекте из формирования дефектов, которые служат центрами зарождения новых фаз, каталитического эффекта, заключающегося в ослаблении связей магний-водород в присутствии на поверхности атомов никеля; а также образования интерметаллических соединений, действующих как «водородный насос» — происходит ускоренное накопление водорода за счет объемного расширения и микродеформаций кристаллической решетки магния.
«Полученный композит возможно использовать при температурах ниже 150 ºC, что создает возможность использовать воду в качестве теплоносителя в металлогидридной системе хранения водорода, при этом обратимая емкость материала составила порядка 4 массовых процентов, — рассказал соавтор исследования, доцент отделения экспериментальной физики ТПУ Виктор Кудияров. — Для сравнения, обратимая емкость самого изученного на сегодняшний день металлогидрида для хранения водорода из сплава лантана и никеля (LaNi5) составляет 1-2 массовых процента».
Ранее при поддержке федеральной программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» было закуплено оборудование, которое позволяет провести полный цикл создания материалов-накопителей. Сейчас физики Томского политеха заняты синтезом большого объема композита на основе гидрида магния и никеля, чтобы оценить его эффективность при многократных циклах сорбции и десорбции в лабораторной системе хранения водорода.