Международное научное сообщество обратило внимание на важную работу, выполненную специалистами Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ, г. Челябинск) в области создания эффективных материалов для хранения водорода. Решение задачи компактного и безопасного хранения водорода сегодня приобретает стратегическую значимость для развития экологичных видов транспорта и всей водородной энергетики.
Водородная энергетика – драйвер инноваций
Внедрение водородных технологий становится одним из наиболее перспективных направлений развития мировой энергоотрасли. Водород отличается высокой энергоемкостью и является одним из самых “чистых” носителей энергии: при использовании выделяется только вода, не образуются вредные выбросы. Но массовое применение водорода напрямую зависит от появления новых способов его хранения, которые бы были одновременно безопасными, компактными и энергоэффективными.
Существующие методы хранения водорода – например, в сжиженном состоянии или под высоким давлением – связаны со значительными трудностями и не полностью решают комплекс инженерных и технологических задач. Необходим принципиально новый подход, основанный на применении современных материалов.
Твердотельные хранилища на базе инновационных материалов
Команда исследователей ЮУрГУ под руководством профессора Валерия Бескачко и при участии аспиранта Екатерины Аникиной занимается поиском и моделированием новых концепций для создания безопасных твердотельных водородных аккумуляторов. Научная группа сосредоточила внимание на углеродных наноматериалах, обладающих уникальной термической и химической стойкостью.
Сам по себе углерод необычайно стабилен, но он плохо удерживает водород. Для преодоления этого ограничения ученые предложили обогатить поверхность пористой углеродной основы так называемыми “активными сорбционными центрами” – атомами лития. Такой подход позволяет в разы увеличить способность материала накапливать и сохранять водород, что критически важно для будущих промышленных и транспортных технологий.
Карбин-литиевый комплекс – новый стандарт удержания водорода
В основе предложенного материала лежат карбиновые цепочки – атомарно-упорядоченные углеродные нити, которые характеризуются рекордной удельной поверхностью и значительной прочностью. Однако их способность фиксировать молекулы водорода проявляется только при экстремально низких температурах – далеко не пригодных для нужд массовой эксплуатации.
Ввод атомов лития принципиально меняет свойства карбиновых нитей. Литий выполняет роль своеобразного “клея”, облегчающего связывание водорода с поверхностью карбина даже при комнатных температурах (то есть в режимах практического использования). Как подчеркнул профессор Валерий Бескачко, литий формирует прочные комплексы с водородными молекулами, и получающаяся структура стабильно удерживает водород в количестве, достаточном для применения в современных хранилищах для транспорта и промышленности.
Компьютерное моделирование, подтвержденное публикацией в Sustainable Energy and Fuels
Для оценки всех ключевых показателей ученые ЮУрГУ провели масштабное компьютерное моделирование на базе Лаборатории суперкомпьютерных расчетов университета, а также с использованием ресурсов ведущих исследовательских центров Европы. В результате работы удалось доказать высокую эффективность и стабильность нового композитного материала при хранении водорода.
“Полученные результаты для легированного литием карбина очень обнадеживают и показывают перспективу дальнейших экспериментальных исследований”, – отмечает Екатерина Аникина. Статья, подготовленная авторским коллективом ЮУрГУ, получила высокую оценку и была опубликована в международном научном журнале Sustainable Energy and Fuels, что подтверждает значимость работы для всего мирового научного сообщества.
Путь к будущим экспериментам и практическим технологиям
Исследования, выполненные в ЮУрГУ, открывают большие возможности для создания принципиально новых типов аккумуляторов водорода. Комбинирование передовых методов компьютерного моделирования и прикладных материаловедческих разработок формирует технологическую базу для реальных инженерных решений.
Авторы научной работы подчеркивают, что смоделированный материал выступает своеобразным “путеводителем” для экспериментаторов: именно такой подход позволяет выявить многообещающие структуры, которые ранее могли быть недоступны для синтеза и традиционного тестирования. Инновации, заложенные в исследованиях ЮУрГУ, в будущем способны изменить облик всей мировой системы хранения и транспортировки водорода, сделать экологичную энергетику более доступной, безопасной и эффективной.
Источник: scientificrussia.ru
