Корейские исследователи разработали материал, который удерживает вдвое больше водорода, чем существующие методы. Синтезированный учеными нанопористый боргидрид магния способен хранить кластеры из пяти молекул водорода в трехмерном расположении, что позволяет значительно увеличить объемы хранения. Материал вмещает 144 г. водорода на литр объема, в то время как криогенная жидкость H2 обеспечивает плотность 70,8 г/л, а твердый водород — 86 г/л. Это открытие может решить проблемы крупномасштабного хранения водорода и его применения в различных отраслях.
Водород применяется в качестве экологически чистого топлива в транспортных средствах, авиации и судоходстве. У него самая высокая энергия на массу среди всех видов топлива, что позволяет достичь большего запаса хода и обеспечивает быструю заправку. Водород можно использовать как топливо, сжигая как бензин, или в топливных элементах для генерации электроэнергии. Но хранение водорода вызывает много проблем. Для его хранения в баках требуется огромное давление, примерно 700 атмосфер. В жидком виде требуется поддерживать низкую температуру, на 20 градусов выше абсолютного нуля. Даже при сжатии водорода в жидкую форму водород занимает значительный объем, что делает его энергоемким и неудобным для хранения, особенно в ограниченном пространстве.
Материал, разработанный корейскими исследователями, может хранить водород с двойной плотностью по сравнению с его криогенной жидкой формой. Это достигается за счет физической адсорбции водорода в пористой структуре материала. Ученые синтезировали нанопористый боргидрид магния — каркас с частично отрицательно заряженными атомами водорода. Высокопористая структура позволяет его внутренней поверхности поглощать водород и азот. Исследователи обнаружили, что поглощение водорода втрое эффективнее, чем поглощение азота, так как они занимают разные позиции внутри пор материала.
Высокая плотность водорода в маленьких порах объясняется его анизотропной (зависящей от направления) формой молекул. Новый материал способен хранить кластер из пяти молекул водорода в трехмерном расположении, что значительно увеличивает его вместимость.
Нанопористый боргидрид магния хранит 144 г. водорода на литр объема, в то время как криогенная жидкость H2 обеспечивает плотность 70,8 г/л, а твердый водород — 86 г/л. Исследователи говорят, что их результаты решают критические проблемы крупномасштабного хранения водорода и повышают его экономическую жизнеспособность.
Применение созданного материала для хранения водорода в самолетах с водородными двигателями может быть ограничено. Системы жидкого H2 в авиации могут достигать массовой доли водорода около 30%, а остальные 70% веса добавляются за счет баков и криоохлаждающих устройств. Новый материал, согласно исследованию, обеспечивает массовую долю 21,7% — хотя он несет в два раза больше энергии на вес, чем газообразный H2 в резервуарах. Криогенная жидкая система будет легче. Плюс важна скорость отдачи водорода из системы хранения, что критически важно для авиации. Однако этот материал будет полезен в других сферах, таких как автомобильные перевозки, где вес менее значим, чем объем. А объемы сжигания в единицу времени несопоставимо малы по сравнению с авиацией. Кроме того, это может быть подходящим решением для статического хранения энергии.
