Это позволило снизить энергию активации процессов сорбции и десорбции в три раза по сравнению с реакцией в чистом гидриде магния, что открывает широкие перспективы для безопасного твердотельного хранения водорода.
Исследование выполнено при поддержке госзадания «Наука» (грант № FSWW- 2026-0044). Лабораторное оснащение выполнено на средства федеральной программы «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети». Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Hydrogen Energy (Q1, IF: 9,2).
Ранее физики Инженерной школы ядерных технологий ТПУ предложили новый принцип проектирования материалов водородной энергетики. Так, удалось доказать, что добавление наноразмерного никеля к гидриду магния приводит не только к каталитическому эффекту, но и к формированию устойчивых дефектных конфигураций и интерметаллидов, которые радикально перестраивают кинетику переноса водорода и снижают энергетические барьеры его выделения и поглощения.
«Известно, что взаимодействие водорода с различными типами дефектов (границы зерен, вакансии, дислокации и другими) имеет определенную тенденцию. Однако, несмотря на некоторые исследования в этой области, механизмы влияния дефектов на свойства композитного материала в целом до конца не объяснены и не установлены. Для решения этой проблемы одним из наиболее эффективных методов является спектроскопия аннигиляции позитронов. Благодаря высокой чувствительности метода мы можем определить тип дефектов и их химическое окружение. Важно, что такой подход позволяет проследить эволюцию дефектов кристаллической решетки и изменение свойств материала во времени», — рассказывает один из авторов исследования, профессор отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий Роман Лаптев.
Так, ученые получили трехкомпонентный накопитель водорода на основе гидрида магния с добавлением 15 мас. % наноразмерного никеля и 1 мас. % одностенных углеродных нанотрубок в качестве теплопроводящей добавки. Смесь измельчали в планетарной шаровой мельнице при частоте 25 Гц в течение 120 минут в инертной атмосфере аргона. Затем систему тестировали в условиях де/ адсорбции в широком температурном диапазоне. Емкость накопителя составила 5,5 мас. % водорода. Для сравнения, чистый гидрид магния имеет емкость 7 мас. %. При этом энергия активации десорбции водорода для композита составляет 50-58 кДж/моль, что примерно в три раза ниже значения для гидрида магния (161 кДж/моль).
Свойства полученного композита исследовали методом спектроскопии аннигиляции позитронов с использованием радиоизотопа меди, рентгенофазовым анализом, термостимулированной десорбцией и анализом содержания водорода.
«В ходе исследования мы установили, что добавление углеродных нанотрубок значительно улучшает теплоперенос в металлогидридном накопителе водорода, а также ускоряет кинетику процессов выделения/поглощения водорода. Добавление никеля способствует значительному снижению рабочих температур, что отражается в энергии активации десорбции, сниженной примерно в три раза по сравнению с исходным гидридом магния», — отмечает один из авторов исследования, профессор отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий Виктор Кудияров.
Еще одна особенность материала — формирование интерметаллической фазы, которая действует как «водородный насос». Благодаря развитой сети дефектов, которые, наряду с катализаторами, являются активными центрами рекомбинации и диссоциации водорода, происходит его перераспределение в кристаллической решетке. Благодаря этому физическому механизму происходит его локализация в энергетически выгодных положениях. Суть проявляется в более беспрепятственном высвобождении водорода благодаря наличию огромного количества дефектов кристаллической решетки, вызванных совместным измельчением компонентов композита стальными шариками в планетарной мельнице.
Данная работа демонстрирует, что определение характеристик дефектов в реальном времени позволяет рационально оптимизировать материалы для хранения водорода на основе контроля микроструктуры, что открывает возможности для создания перспективных систем хранения энергии и водородных энергетических технологий следующего поколения.
Пресс-релиз подготовлен на основании материала, предоставленного организацией. Информационное агентство AK&M не несет ответственности за содержание пресс-релиза, правовые и иные последствия его опубликования.
