Чтобы плотнее упаковать водород в металл, его сильно сжимают алмазными наковальнями

Учёные из Сколтеха, Института кристаллографии имени А. В. Шубникова РАН и научных центров Китая, Японии и Италии сумели создать материал для хранения водорода, вмещающий его вчетверо больше, чем аналоги. Результатами своих изысканий они поделились на страницах Advanced Energy Materials .

Водороду прочат статус топлива № 1 в низкоуглеродной экономике будущего — он экологически чистый и обладает большим КПД сгорания. Главная проблема — накопление и хранение этого чрезвычайно лёгкого (в 14 раз легче воздуха) химически активного элемента. Летучий газ, он просачивается через самые микроскопические поры, образуя взрывоопасные смеси с воздухом. Сжижение — не выход: водород трудно сжать, на это уйдёт 20-40% энергии, которую из него можно получить, и всё равно он даёт вдвое меньше теплоты на единицу объёма, чем легко поддающийся такой обработке пропан.

"Альтернатива — химические накопители", — объясняет выпускник аспирантуры Сколтеха Дмитрий Семенок.

Кристаллические решётки сплавов магния и никеля или циркония и ванадия достаточно "просторны" для удержания между своими узлами до двух-трёх атомов водорода на атом металла, чего, конечно, недостаточно.

"В синтезированных нами соединениях — гептагидриде цезия CsH₇ и нонагидриде рубидия RbH₉ — помещается аж семь или девять атомов водорода соответственно на один атом металла", — хвалится Семенок.

Это уже вчетверо больше, чем у других металлогидридов, а по энергоэффективности разработка превысила метан в два раза.

Материал — амидоборан цезия или рубидия — получен в результате реакции с металлом боразана — борана аммиака NH₃BH₃, говорит профессор Сколтеха Артём Оганов.

"Поскольку эксперимент проходит в ячейке с алмазными наковальнями, которые обеспечивают давление в 100 тысяч атмосфер, выделившийся водород втискивается в пустоты кристаллической решётки низших гидридов с образованием полигидридов: гептагидрида цезия и двух вариантов нонагидрида рубидия с разной топологией кристаллической структуры", — объясняет он.

Способность цезия и рубидия поглощать больше водорода в таких экстремальных условиях была предсказана компьютерным моделированием под руководством научного сотрудника Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха Дениса Санникова.

Изобретатели намерены повторить свои эксперименты в больших масштабах — они хотят получить образцы амидоборана на гидравлическом прессе при меньшем давлении — до 10 тысяч атмосфер, и убедиться в сохранении ими устойчивости после снятия давления.