Алюминий улучшает материалы-накопители на основе магния для хранения водорода

Ученые Томского политехнического университета исследовали влияние примеси алюминия на накопление и распределение водорода в магнии — перспективном материале-накопителе для хранения водорода.

Для этого впервые были применены первопринципные (то есть опирающиеся на фундаментальные знания) расчеты электронной плотности по отношению к свойствам материала. Предложенный метод позволяет глубже, на атомарном уровне, понять механизмы «поведения» водорода в магнии при растворении в нем алюминия. Полученные данные в перспективе помогут улучшить свойства материалов-накопителей и сделать более эффективной технологию очистки, компримирования и хранения водорода. Исследование проводится при поддержке федеральной программы „Приоритет 2030“. Результаты работы ученых опубликованы в Journal of Alloys and Compounds  (Q1; IF:5,905).

Разработка эффективных способов очистки, компримирования и хранения водорода — важная задача в области развития и применения технологий водородной энергетики. Для этих целей широко применяются металлические гидриды и интерметаллические соединения. Одним из самых перспективных материалов-накопителей водорода является магний. Применение магния в чистом виде ограничено его низкой устойчивостью к многократным циклам гидрирования/дегидрирования и высокими температурами эксплуатации. Для улучшения эксплуатационных свойств магния используются каталитические добавки, в том числе алюминий.

Ученые вуза изучили механизмы накопления и распределения водорода в магнии под влиянием добавок алюминия.

Несмотря на большое количество работ, посвященных исследованиям сорбции и десорбции водорода в магнии с алюминием, в литературе практически отсутствует информация о взаимодействии водорода с алюминием в решетке магния на атомарном уровне. Мы применили первопринципные методы исследования электронного строения твердых тел.

Они позволяют изучить взаимодействие водорода с алюминием в зависимости от их концентрации в магнии и кристаллической структуры, — рассказывает доцент отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий Виктор Кудияров.      

В рамках проекта политехники провели комплекс вычислений, после чего сопоставили расчеты с экспериментальными данными. На основе полученных результатов были установлены характерные особенности поведения водорода в системе магний-алюминий-водород в зависимости от ее состава и структуры. Используя эти данные, ученые описали механизмы сорбции и десорбции водорода, обусловленные наличием промежуточных фаз в процессе фазового перехода от твердого раствора водорода в магнии в гидрид магния.

В зависимости от содержания водорода у магния может наблюдаться различная кристаллическая структура, фаза. Скорости диффузии, а также сорбции и десорбции сильно зависят от температуры и фазы системы магний-водород.

При насыщении водородом чистого магния набюдается только фазовый переход непосредственно из твердого раствора в гидрид магния. При добавлении атомов алюминия формируется промежуточная фаза, которая характеризуется более высокой скоростью перемещения водорода. Она сохраняется в процессе сорбции и десорбции достаточно долго в широком диапазоне концентрации водорода.

Более высокая скорость перемещения водорода позволяет ему быстрее сорбироваться и десорбироваться, — поясняет доцент отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий Леонид Святкин.   

Полученные результаты помогут усовершенствовать существующие материалы-накопители, а также разработать более эффективные технологии выделения водорода из смесей, его компримирования и хранения при высоких давлениях. 

Создание технологических комплексов для водородной энергетики — важная задача, стоящая перед учеными и инженерами. Применение современных надежных и комплексных методов теоретического и экспериментального исследования позволяет углубиться в понимании механизмов взаимодействия водорода с каталитическими добавками в материалах-накопителях водорода и в дальнейшем, используя полученные фундаментальные знания, выполнить оптимизацию отдельных элементов комплексов на этапе их проектирования.

Полученные результаты важны с точки зрения разработки оптимальных и эффективных решений, которые применяются при разработке комплексных систем на основе металлогидридов, — отмечает руководитель отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий Андрей Лидер. 

На следующем этапе проекта ученые планируют изучить возможность применения других добавок для улучшения свойств материалов-накопителей на основе металлогидридов.

14.02.2023


Подписаться в Telegram



Энергия

В МИСИС разработали термоэлектрик для зеленой энергетики
В МИСИС разработали термоэлектрик для зеленой энергетики

Новый метод производства материалов, которые м...

PRX Energy: Открыты перспективные материалы для термоядерных реакторов
PRX Energy: Открыты перспективные материалы для термоядерных реакторов

Ядерный синтез может стать идеальным решением ...

J. Mater. Chem. A: Литий-ионные батареи станут безопаснее и эффективнее
J. Mater. Chem. A: Литий-ионные батареи станут безопаснее и эффективнее

Новое объяснение эффекта этиленкарбоната ...

EPSR: ИИ повысит надежность электросетей с учетом роста энергопотребления
EPSR: ИИ повысит надежность электросетей с учетом роста энергопотребления

Из-за распространения возобновляемых источнико...

Matter: Гибридные перовскиты прокладывают путь к новым лазерам и светодиодам
Matter: Гибридные перовскиты прокладывают путь к новым лазерам и светодиодам

Исследователи разработали методику создания сл...

Nature Nanotechnology: Решена ключевая проблема натрий-ионных батарей
Nature Nanotechnology: Решена ключевая проблема натрий-ионных батарей

Литий-ионные батареи широко используются в&nbs...

JAC: Ученые исследовали эффективность пьезокатализа Bi2WO6-x
JAC: Ученые исследовали эффективность пьезокатализа Bi2WO6-x

Пьезокатализ — перспективная эколог...

EES Catalysis: Новые ячейки превращают углекислый газ в экологичное топливо
EES Catalysis: Новые ячейки превращают углекислый газ в экологичное топливо

Новый метод переработки бикарбонатного раствор...

Nature Climate Change: Богатые тоже пачкают атмосферу
Nature Climate Change: Богатые тоже пачкают атмосферу

Углеродный след богатых людей в обществе ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Разработан портативный биопринтер для борьбы с незаживающими ранами
Разработан портативный биопринтер для борьбы с незаживающими ранами
В России разработан материал для сверхбыстрых сенсоров
В России разработан материал для сверхбыстрых сенсоров
На МКС впервые изготовили 3d-аналоги костной ткани
На МКС впервые изготовили 3d-аналоги костной ткани
HortRes: Два ключевых белка повышают эффективность усвоения томатами фосфора
HortRes: Два ключевых белка повышают эффективность усвоения томатами фосфора
Перерабатываемые электроды из CuZn изменят технологии сокращения выбросов CO₂
Перерабатываемые электроды из CuZn изменят технологии сокращения выбросов CO₂
JNHA: Плотный завтрак снижает риск сердечно-сосудистых заболеваний
JNHA: Плотный завтрак снижает риск сердечно-сосудистых заболеваний
PRSB: Новая система выявляет проблемы на рынках кредитования биоразнообразия
PRSB: Новая система выявляет проблемы на рынках кредитования биоразнообразия
NewAst: Высокоскоростные облака составляют меньшую часть массы Млечного Пути
NewAst: Высокоскоростные облака составляют меньшую часть массы Млечного Пути
ChildDev: Выбор языка матерью оказывает двойное влияние на двуязычные семьи
ChildDev: Выбор языка матерью оказывает двойное влияние на двуязычные семьи
CommEngi: Разработано покрытие для улучшенного тепловидения через горячие окна
CommEngi: Разработано покрытие для улучшенного тепловидения через горячие окна
PRSB: Исследование показало различную эволюцию челюстей у ящериц и змей
PRSB: Исследование показало различную эволюцию челюстей у ящериц и змей
В СПбГУ с помощью кишечной палочки раскрыли механизмы контроля синтеза аргинина
В СПбГУ с помощью кишечной палочки раскрыли механизмы контроля синтеза аргинина
Conservation Letters: Дружба на расстоянии полезна для природы
Conservation Letters: Дружба на расстоянии полезна для природы
Золото в новом формате: ученые создали двумерные монослои золота для катализа
Золото в новом формате: ученые создали двумерные монослои золота для катализа
Для охлаждения городов нужно высаживать правильные деревья в правильном месте
Для охлаждения городов нужно высаживать правильные деревья в правильном месте

Новости компаний, релизы

В МИФИ наградили лучшие студенческие научные общества
Лучшие программы для преобразования звука в текст
ТГУ готовит специалистов для российской электронной промышленности
Пироговский университет стал победителем премии «Сноба» «Сделано в России»
Наука во льдах и за партой: молодые ученые Поморья проводят для школьников и студентов необычные лекции