Композиционные материалы, которые сочетают полимеры с наполнителями на основе соединений металлов, являются потенциально привлекательным вариантом для накопления (хранения) водорода. Хранение водорода в состоянии газа или жидкости требует высоких давлений и / или низких температур, но амид-гидридные композиты могут химически хранить водород в твердом состоянии. Недостатком является то, что амидно-гидридные композиты, как правило, теряют способность хранения водорода после повторных циклов. Происходит это из-за кислорода и воды, которые вступают в реакцию с амидами и гидридами и образуют загрязняющие систему оксиды или гидроксиды.
Немецкая команда исследователей недавно предложила альтернативу – композит, в котором компонентный полимер, в данном случае тип полиолефина, защищает гидрид металла от воздействия воздуха и влаги.
«Мы внедрили сложный гидрид металла внутрь полимера с целью воспрепятствования непосредственному контакту с воздухом и сохранению цикличности хранения водорода», – объясняют ведущие авторы исследования Хуцзюнь Цао и Прокопий Георгопанос. «Таким образом, предотвращаются побочные реакции, которые происходят между гидридом и O2/H2O».
Исследователи из Исследовательского центра материалов и полимеров им. Гельмгольца в Геестхахте (Германия) совместно с коллегами из «Немецкого Электронного Синхротрона» (DESY) – самого большого в Германии исследовательского центра по физике частиц; Гамбургского университета и Университета Гельмута Шмидта уверены, что это первый случай, когда полимер, полиметилпентен или TPX ™, был использован в материале для накопления водорода.
В новом композите TPX соединяется с Mg(NH2)2-nLiH для улучшения стабильности гидрида. Для синтезирования композита используется простой четырех-стадийный процесс, в котором Mg(NH2)2 и LiH подвергаются измельчению в шаровой мельнице до смешивания с TPX в растворе. По словам исследователей, композит не показывает никаких признаков реакций окисления после воздействия воздуха на протяжении 90 мин. Спустя 12 часов, несмотря на некоторое ухудшение возможностей накопления водорода, композиты с гидридом металла / TPX всё равно работают намного лучше, чем чистые гидриды металлов, демонстрируя более высокую аккумулирующую способность и устойчивость при хранении.
«Наше исследование решает три основные проблемы», – говорят Цао и Георгиопанос. «Во-первых, металлический гидрид защищен. Во-вторых, окончательный устойчивый к атмосферным воздействиям полимер / гидридный композит безопасен для обработки в течение коротких периодов времени в нормальных атмосферных условиях, что снижает риски возникновения угрозы производственной безопасности. Наконец, производственные затраты на резервуары для хранения водорода на основе этого материала будут значительно сокращены».
Исследователи полагают, что эти атрибуты делают композит металлгидрид / TPX потенциально привлекательным для применений в будущем.
«Этот композит весьма перспективен для реальных применений хранения водорода благодаря его отличной цикличности, лучшим технологическим свойствам и более низким производственным издержкам», – отмечают Цао и Георгопанос. «После изготовления композит легко переносится и упаковывается в водородные баки без нужды в инертной (нейтральной) атмосфере».
