Исследователи из Чжэцзянского университета, Фуданьского университета и ряда научных центров Китая представили новый материал для хранения водорода, который работает при температуре около 30°C. Работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
Команда сосредоточилась на литий боргидриде (LiBH₄) — одном из самых емких твердых носителей водорода. Его давно рассматривают как перспективный материал для хранения топлива: он способен удерживать большое количество водорода. Но после отдачи газа возникает ключевая проблема — вернуть материал в исходное состояние крайне трудно: для этого обычно требуются высокие температуры и большие энергозатраты.
Авторы предложили другой путь. Они синтезировали нанокомпозит из ультрамелких частиц LiBH₄ и никелевых кластеров размером около 3 нанометров. После выделения водорода внутри материала формируются кластеры бора и гидрида лития на расстоянии всего 5–10 нм друг от друга, при этом никель сохраняет структуру и продолжает работать как катализатор.
Комнатная температура вместо энергоемкого нагрева
Теоретические расчеты помогли ученым обнаружить особенно активные поверхностные атомы бора — так называемые B_spike. Именно они становятся точками, где легче всего образуются связи между бором и водородом. Чем меньше размер борных кластеров, тем больше таких реакционноспособных участков.
Никель в этой системе выполняет сразу две функции: помогает молекулам водорода H₂ распадаться на отдельные атомы и одновременно ослабляет связи между атомами бора. За счет этого материал смог вновь превращаться в LiBH₄ уже при 30°C под давлением водорода 100 бар.
Для отрасли это важный результат: одна из самых сложных стадий хранения газа — обратимая «зарядка» материала — впервые стала возможной практически при комнатной температуре.
По оценке авторов, предложенная наноинженерная стратегия может использоваться и для разработки других твердых накопителей газа, пригодных для транспортировки топлива и применения в топливных элементах.
Водородный вызов
Водород — основной потенциальный источник зеленой энергии как в земных, так и в космических масштабах.
Международное энергетическое агентство считает хранение и транспортировку водорода одним из главных технических барьеров для развития масштабной водородной энергетики.
Литий боргидрид способен запасать до 18% водорода по массе — это один из самых высоких показателей среди твердых сорбентов.
В последние годы ученые все чаще используют наноразмерные катализаторы именно потому, что уменьшение частиц резко увеличивает долю активной поверхности — в новой работе это подтвердилось на практике.
Недавно российские ученые создали сенсор водорода для энергетики, промышленности, транспорта и медицины. Он улавливает миллионные доли газа.
Источник: hi-tech.mail.ru