• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
14.02.2023
ТПУ
401

В ТПУ выяснили как алюминий улучшает материалы-накопители на основе магния для хранения водорода

4.5

Ученые ТПУ исследовали влияние примеси алюминия на накопление и распределение водорода в магнии — перспективном материале-накопителе для хранения водорода. Для этого впервые были применены первопринципные (то есть опирающиеся на фундаментальные знания) расчеты электронной плотности по отношению к свойствам материала. Предложенный метод позволяет глубже, на атомарном уровне, понять механизмы «поведения» водорода в магнии при растворении в нем алюминия. Полученные данные в перспективе помогут улучшить свойства материалов-накопителей и сделать более эффективной технологию очистки, компримирования и хранения водорода.

В ТПУ выяснили как алюминий улучшает материалы-накопители на основе магния для хранения водорода / ©Getty images / Автор: Telestis Scaevinius

Исследование проводится при поддержке федеральной программы «Приоритет 2030». Результаты работы ученых опубликованы в Journal of Alloys and Compounds. Разработка эффективных способов очистки, компримирования и хранения водорода — важная задача в области развития и применения технологий водородной энергетики. Для этих целей широко применяются металлические гидриды и интерметаллические соединения. Одним из самых перспективных материалов-накопителей водорода является магний. Применение магния в чистом виде ограничено его низкой устойчивостью к многократным циклам гидрирования/дегидрирования и высокими температурами эксплуатации. Для улучшения эксплуатационных свойств магния используются каталитические добавки, в том числе алюминий.

Ученые ТПУ изучили механизмы накопления и распределения водорода в магнии под влиянием добавок алюминия. «Несмотря на большое количество работ, посвященных исследованиям сорбции и десорбции водорода в магнии с алюминием, в литературе практически отсутствует информация о взаимодействии водорода с алюминием в решетке магния на атомарном уровне. Мы применили первопринципные методы исследования электронного строения твердых тел. Они позволяют изучить взаимодействие водорода с алюминием в зависимости от их концентрации в магнии и кристаллической структуры», — рассказывает доцент отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Виктор Кудияров.

В рамках проекта политехники провели комплекс вычислений, после чего сопоставили расчеты с экспериментальными данными. На основе полученных результатов были установлены характерные особенности поведения водорода в системе магний-алюминий-водород в зависимости от ее состава и структуры. Используя эти данные, ученые описали механизмы сорбции и десорбции водорода, обусловленные наличием промежуточных фаз в процессе фазового перехода от твердого раствора водорода в магнии в гидрид магния.

«В зависимости от содержания водорода у магния может наблюдаться различная кристаллическая структура, фаза. Скорости диффузии, а также сорбции и десорбции сильно зависят от температуры и фазы системы магний-водород. При насыщении водородом чистого магния наблюдается только фазовый переход непосредственно из твердого раствора в гидрид магния. При добавлении атомов алюминия формируется промежуточная фаза, которая характеризуется более высокой скоростью перемещения водорода. Она сохраняется в процессе сорбции и десорбции достаточно долго в широком диапазоне концентрации водорода. Более высокая скорость перемещения водорода позволяет ему быстрее сорбироваться и десорбироваться», — поясняет доцент отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Леонид Святкин.

Полученные результаты помогут усовершенствовать существующие материалы-накопители, а также разработать более эффективные технологии выделения водорода из смесей, его компримирования и хранения при высоких давлениях. «Создание технологических комплексов для водородной энергетики — важная задача, стоящая перед учеными и инженерами. Применение современных надежных и комплексных методов теоретического и экспериментального исследования позволяет углубиться в понимании механизмов взаимодействия водорода с каталитическими добавками в материалах-накопителях водорода и в дальнейшем, используя полученные фундаментальные знания, выполнить оптимизацию отдельных элементов комплексов на этапе их проектирования.

Результаты важны с точки зрения разработки оптимальных и эффективных решений, которые применяются при разработке комплексных систем на основе металлогидридов», — отмечает руководитель отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Андрей Лидер. На следующем этапе проекта ученые планируют изучить возможность применения других добавок для улучшения свойств материалов-накопителей на основе металлогидридов.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Томский политехнический университет — старейший технический вуз в азиатской части России и один из лучших инженерных университетов страны. Входит в топ-10 национальных, топ-100 международных предметных рейтингов и участвует в программе «Приоритет 2030». ТПУ — признанный научный и образовательный центр мирового уровня в области атомной и водородной энергетики, добычи и транспорта нефти и газа, IT, неразрушающего контроля, энергетики и электротехники, электроники, нанотехнологий, биотехнологий. В нашей колонке рассказываем о последних результатах работы ученых Томского политеха. О самом главном — просто и интересно.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 11:32
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

Вчера, 11:29
Татьяна

Все клеточные организмы ученые ведут от гипотетического предка — LUCA. Существует масса предположений и расчетов о том, как он был устроен, где и когда возник. В новой работе исследователи из Великобритании попытались ответить на эти вопросы.

Позавчера, 14:55
Татьяна

Американские астронавты давно жалуются на систему ассенизации в скафандрах, которая представляет собой просто большой подгузник. Хватает его максимум на восемь часов, есть риск развития опрелостей и инфекций. К тому же в костюме мало запасов питьевой воды. Чтобы решить эти проблемы, ученые предложили более эффективный способ утилизации продуктов метаболизма.

Позавчера, 11:32
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

Вчера, 11:29
Татьяна

Все клеточные организмы ученые ведут от гипотетического предка — LUCA. Существует масса предположений и расчетов о том, как он был устроен, где и когда возник. В новой работе исследователи из Великобритании попытались ответить на эти вопросы.

11 июля
Татьяна

Открытая недавно планета LHS 1140 b заинтересовала ученых как потенциально обитаемая. В новой работе канадские исследователи подтвердили, что это, скорее всего, мир с теплым океаном, окутанным насыщенной азотом атмосферой.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно