Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.

Водородное топливо скоро может заменить бензин, мазут и уголь.  На это рассчитывают экологи и над этим иронизируют нефтяники. Тем временем производители выпускают на дороги прототипы исключительно водородных автомобилей: абсолютно экологичных и при этом не намного дороже своих бензиновых собратьев. 

Но водород – газ очень опасный, взрывается! И сегодня ученые всего мира ломают головы над тем, как хранить и перевозить водород в объемах, достаточных для питания, например автомобиля. Стационарное долгосрочное хранение водорода – немногим сложнее хранения любого газа: его хранят под давлением в сжатом виде, в сжиженном виде, в баллонах,  цистернах. Предполагается, то водород можно хранить даже  в подземных соляных пещерах. Чтобы водород не взорвался, баллоны для его хранения делают очень прочными, применяют материалы, через которые газ не может просочиться наружу. Емкости получаются либо тяжелые и громоздкие, либо дорогостоящие. Производители автомобилей сегодня пошли по пути упрочнения и повышения надежности традиционных систем хранения (газовых баллонов): оболочки водородных баков автомобилей, работающих на водороде, сделаны из нескольких слоев сверхпрочных полимеров и углеродных материалов.  

Другой безопасный путь – использовать принципиально иные технологии, например, хранение водорода в химических соединениях. Водород в них находится в связанном виде, не может улетучиться сам по себе, но при этом достаточно просто извлекается. Гидриды – твердые нелетучие вещества (т.е. порошки), которые образуются от соединения некоторых металлов с водородом, — подходят для этих целей лучше всего. Принцип использования гидридов в качестве среды хранения водорода прост: под давлением металл захватывает водород, водород словно растворяется в металле, образуя новое химическое вещество, а при нагреве гидрида газ отдается обратно. Баллон с порошком гидрида металла, значительно менее опасен, чем повреждённая емкость с сжиженным водородом или охлажденный сосуд, где водород хранится под высоким давлением. 

Самый "вместительный" металл, который можно превратить в гидрид, – это палладий (в одном объеме палладия можно уместить 900 объемов водорода). Несмотря на то, что Россия является мировым лидером по добыче и производству палладия,  использование этого металла для превращения в промышленный водородный аккумулятор даже не рассматривается: металл очень тяжелый и чрезвычайно дорогой. 

 

Палладий / © Фото : Jurii 

За  много лет исследований ученые выяснили, что наиболее перспективный металл, который может практически использоваться для хранения водорода в гидриде,  - это  магний. У него небольшая плотность (в 4.5 раза легче железа и 1.5 раза легче алюминия), относительно низкая стоимость, и в теории он может связывать до 7,66% водорода в расчете на единицу массы.  Однако достигнуть предельного значения непросто, эту задачу и решают ученые многих стран мира. 

Группа ученых-физиков из Сибирского федерального университета и  Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН, разработали технологию синтезирования  нанодисперсного порошка магния (т.е. с линейными размерами частиц в пределах 100 нм) и достигли растворения в нем чуть менее 7 весовых процентов водорода. Как отмечает один из авторов проведенной работы, профессор, доктор физико-математических наук, сотрудник Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН и СФУ Григорий Чурилов, полученный результат — один из самых успешных в мире: сегодня экспериментальные показатели насыщения гидрида магния водородом составляют 5-6 весовых процента.  

Ученый добавляет, что сегодня в мире идет исследование возможности создания аккумуляторов водорода на основе гидрида магния, но растворить водород в металле по максимуму – мало. Необходимо сделать так, чтобы магниевый порошок мог бы использоваться в системе многократно. Кроме этого нужно снизить температуру отдачи водорода (гидрид магния отдает водород при температуре 360 градусов Цельсия), увеличить скорость протекания реакции насыщения магния водородом (это необходимо для того, чтобы полный бак безопасного водорода заправлялся 5 минут, а не полчаса). 

Полученный экспериментальный результат красноярских ученых приблизил нас к созданию действительно безопасного водородного двигателя.

Источники

Красноярские физики получили порошки для создания аккумуляторов водорода
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 21/04/2017
Красноярские физики получили порошки для создания аккумуляторов водорода
Profi-news.ru, 20/04/2017
Красноярские физики получили порошки для создания аккумуляторов водорода
РИА Новости, 20/04/2017
Россия стоит на пороге создания безопасного водородного двигателя
ПолитРоссия (politros.com), 21/04/2017
Россия стоит на пороге создания безопасного водородного двигателя
123ru.net, 21/04/2017
В России получили порошки для создания безопасного водородного двигателя
123ru.net, 21/04/2017
Россия стоит на пороге создания безопасного водородного двигателя
Око планеты (oko-planet.su), 22/04/2017
Для перспективных аккумуляторов водорода получили специальные порошки в Красноярске
Russian IT World (ritworld.com), 21/04/2017
Красноярские физики приблизили создание безопасного водородного двигателя
Байкал 24 # Наука (baikal24-nauka.ru), 04/05/2017
Ученые СФУ и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН создали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния
Научная Россия (scientificrussia.ru), 04/05/2017
Ученые СФУ и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН создали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния
Nanonewsnet.ru, 04/05/2017

Похожие новости

  • 29/04/2019

    Ученые установили, что сверхпроводники в форме пены можно использовать в космосе

    ​Международный коллектив ученых доказал, что большой образец сверхпроводящей пены имеет стабильное и сильное магнитное поле. В отличие от обычных сверхпроводников, пена является легким и прочным материалом с возможностью изготовления образцов большого размера.
    445
  • 21/05/2019

    По итогам сочинского форума «Наука будущего — наука молодых»

    ​В Сочи завершились III Международная конференция «Наука будущего» и IV Всероссийский форум «Наука будущего — наука молодых». Мы попросили сибирских ученых, в них участвующих, рассказать, какие проекты они представляли на мероприятиях форума и с какими целями приехали сюда.
    468
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    1185
  • 03/11/2018

    Красноярские ученые разработали новый тип управляемых дифракционных решеток

    ​Дифракционные решетки играют центральную роль в интегральной оптике, голографии, оптической обработке данных. Ученые Института физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) и Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета (СФУ) разработали новый способ создания управляемой дифракционной решетки - оптической системы, действие которой основано на явлении световой дифракции (огибания препятствия светом), сообщила пресс-служба СФУ.
    778
  • 10/07/2019

    Статья красноярских ученых вошла в число высокоцитируемых исследований в области физической химии

    ​Редакция журнала Physical Chemistry Chemical Physics высоко оценила статью красноярских ученых, выполненную совместно с зарубежными коллегами из Бельгии и Германии. Опубликованная в начале этого года работа, в которой рассматриваются вопросы перемешивания многокомпонентных смесей, попала в число «горячих» результатов — статей с наибольшим цитированием.
    389
  • 07/03/2019

    Сергей Аксенов: наше исследование – это стартовый этап в создании технологий будущего

    ​Ученые уверены, что век квантовых компьютеров – новых технологий, с помощью которых станет возможным решение задач, неподвластных даже самым мощным современным суперкомпьютерам, уже близок. Но прежде физикам необходимо разрешить ряд трудностей, связанных с их созданием.
    708
  • 04/12/2019

    Создана первая российская установка для синтеза тонких оксидных пленок

    ​Красноярские ученые создали установку для формирования прозрачных оксидных пленок с регулируемой толщиной. Благодаря особенностям конструкции, на ней можно быстрее и эффективнее, чем на большинстве зарубежных аналогов устройства, проводить синтез химических покрытий на неорганической основе.
    133
  • 27/05/2019

    Красноярские ученые изготовили миниатюрные полосно-пропускающие фильтры для спутниковых антенн

    ​Лаборатория научного приборостроения Красноярского научного центра СО РАН успешно выполнила заказ AO «Научно-производственного предприятия ”Радиосвязь”» на разработку компактных частотно-полосных пропускающих фильтров.
    388
  • 13/08/2019

    Сибирские ученые научились находить и устранять деформации в промышленной керамике

    ​Коллектив ученых из Красноярска и Новосибирска разработал метод для определения остаточных деформаций в керамике из титаната бария. Это позволит сохранить её свойства и контролировать качество изделий, производимых из этого материала.
    361
  • 20/10/2017

    Красноярские ученые разработали технологию управляемого синтеза магнитных нанопорошков

     Ученые Института физики им. Л.В. Киренского Красноярского научного центра СО РАН (КНЦ СО РАН) научились синтезировать магнитные наночастицы с ядром из никеля и непроводящей ток углеродной оболочкой.
    903