Ученые ТПУ выяснили, как «заставить» гибридные материалы для хранения водорода работать при более низкой температуре

Ученые Томского политехнического университета провели подробный анализ последних данных по созданию гибридных материалов-накопителей для хранения и транспортировки водорода. Их интересовали материалы, состоящие из смеси металлических гидридов и металлоорганических каркасов. Ученые продемонстрировали на примерах, что при таком сочетании материал может крайне эффективно поглощать и отдавать водород, при этом при более низких температурах, чем просто гидриды металлов. Результаты исследования опубликованы в статье в журнале Applied Materials Today (IF: 10,041; Q1). 

Материалы-накопители водорода — это, как правило, порошкообразные вещества или смеси, которые при определенных условиях поглощают водород, а затем его «отпускают», когда это необходимо. Одними из наиболее перспективных типов материалов считаются гидриды различных металлов. Но у многих из лучших образцов есть недостаток, они поглощают и отдают водород при высоких температурах. То есть материал сначала нужно сильно нагреть на сотни градусов по Цельсию, а это требует больших энергетических затрат.

«У этой проблемы есть достаточно красивое для материаловедов решение — нужно смешать гидрид с другим материалом и получить новый композитный материал. Крайне перспективным подходом является смешивание с металлоорганическими каркасами. Это вещества с трехмерной структурой, они представляют собой матрицу из ионов металлов и органических молекул. Но дело в том, что таких веществ существует огромное множество. И как понять, какие гидриды смешивать с какими каркасами, при каких условиях, и какой результат получится, какие здесь есть закономерности, — чтобы ответить на эти вопросы мы и провели подробный анализ работ исследовательских групп в разных странах, изучили созданные ими композиты. В результате подготовки обзора и уже выполненных нами исследований можно однозначно утверждать, что существует синергетический эффект», — говорит один из авторов статьи, доцент отделения экспериментальной физики Виктор Кудияров.

По его словам, в данном случае синергетический эффект при смешивании гидридов с металлоорганическими каркасами заключается в том, что при сохранении емкости водорода заметно снижается «рабочая температура» композита.

«В некоторых работах речь идет о снижении температуры на 20-30%. Это существенные показатели. Собранные данные доказывают, что металлоорганические каркасы действительно могут быть хорошим решением проблемы высоких температур. Более того нам удалось обнаружить ряд закономерностей, которые позволяют не перебирать все подряд металлоорганические каркасы, а создавать композиты целенаправленно, заранее понимая, что и с чем необходимо смешать.

Эти данные мы уже используем при создании собственных композитов, по которым уже провели расчетные и экспериментальные работы», — отмечает Виктор Кудияров.

Над исследованием работали специалисты отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий и Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий, занимающихся исследованием и синтезом новых металлоорганических каркасов. Здесь это научное направление возглавляет профессор Френсис Верпоорт (Индекс Хирша 56).