13:00
Одна из главных проблем водородной энергетики заключается вовсе не в получении водорода, а в его хранении. Сам по себе водород считается очень привлекательным топливом будущего: при его использовании не выделяется углекислый газ, а топливные элементы способны напрямую превращать химическую энергию в электричество. Особенно полезной такая технология может оказаться для грузовиков, автобусов и поездов, где обычные аккумуляторы слишком тяжёлые.
Однако водород трудно хранить и перевозить. Поэтому учёные ищут специальные материалы-носители, которые могли бы «впитывать» водород, а затем отдавать его по мере необходимости.
Одним из самых перспективных таких материалов считается боргидрид лития (LiBH?). Он способен запасать большое количество водорода, но есть серьёзная проблема. Когда материал отдаёт водород, он превращается в смесь бора и гидрида лития. Чтобы использовать его снова, нужно вернуть водород обратно. На практике этот процесс требует много энергии и обычно происходит только при высоких температурах.
Исследователи из китайских университетов Чжэцзян и Фудань нашли способ существенно упростить эту задачу. Они создали нанокомпозит из сверхмалых частиц боргидрида лития и крошечных никелевых кластеров размером около 3 нанометров.
Сначала учёные с помощью компьютерного моделирования изучили, как именно атомы водорода взаимодействуют с бором. Оказалось, что ключевую роль играют особые атомы бора на поверхности наночастиц — так называемые Bspike-атомы. Они обладают повышенной химической активностью и служат своеобразными «точками захвата» водорода.
Исследование показало ещё одну важную закономерность: чем меньше частицы бора, тем больше на их поверхности таких активных атомов. Фактически уменьшение размера частиц резко повышает их способность вновь связывать водород.
Чтобы проверить эту идею, учёные создали материал, в котором частицы боргидрида лития после высвобождения водорода образуют крошечные скопления бора и гидрида лития, расположенные буквально в нескольких нанометрах друг от друга. Никелевые кластеры при этом остаются на месте и выполняют роль катализатора.
помогает молекулам водорода распадаться на отдельные атомы, а также ослабляет связи между атомами бора. Благодаря этому бор и гидрид лития могут снова соединяться с водородом и восстанавливать исходный боргидрид лития.
Главный результат работы — регенерация материала стала возможна уже при температуре около 30 C. Для подобных систем это крайне низкая температура: раньше требовался гораздо более сильный нагрев, а значит, и дополнительные затраты энергии.
Если технологию удастся масштабировать, она может стать важным шагом для развития водородной энергетики. Более эффективные материалы для хранения водорода упростят его транспортировку и использование, что приблизит появление водородных грузовиков, поездов и других видов транспорта, работающих без выбросов углекислого газа.
