Водородная энергетика считается одним из перспективных направлений развития техники.
Водород не дает вредных выбросов, его много, он легкий.
Но есть проблема:
как его хранить?
Для хранения водорода нужны тяжеленные баллоны под огромным давлением или при температуре, близкой к абсолютному нулю.
Ни то, ни другое не подходит ни для самолета, ни для автомобиля.
Что же делать?
Ответ ищут материаловеды и физики по всему миру.
Одно из перспективных решений предложили сотрудники НИЯУ МИФИ аспирант Александр
Яковлев и профессор
Константин Катин.
Они исследовали, как ловить молекулы водорода с помощью лития.
Литий — самый легкий металл.
И это его главное преимущество.
Если мы хотим накапливать водород, нам нужен материал, который сам мало весит.
Ведь топливный бак — это часть веса самолета или машины.
Раньше ученые пытались «насыпать»
атомы лития поверхность разных материалов — графена, карбида кремния и других.
Но здесь возникла проблема:
атомы металла не хотят равномерно распределяться по поверхности.
Они собираются в комочки, как ртуть, и эффективность падает.
В основе исследования сученых МИФИ лежит идея использовать литий не в качестве добавки, а в качестве основы, в которой атомы лития расположены идеально благодаря структуре кристалла?
Исследователи взяли пять кандидатов — плоские, толщиной всего в один атом, материалы на основе лития.
У таких кристаллов огромная поверхность, так что водороду есть где разместиться.
Четыре из них отсеялись один за другим.
В литиевой «соде» (LiOH) на практике молекулы водорода на ней почти не держатся.
Притяжение слабее, чем требуется, в семь раз.
Если и удавалось «приклеить»
водород, то так крепко, что обратно он уже не отрывался — вместо водорода получалась вода.
Оксиды лития показали себя лучше, но тоже были не идеальным вариантом.
Одна из форм (H-Li₂O) оказалась нестабильной — контакт с водородом разрушал материал.
Другая форма (T-Li₂O) вела себя достойно, но энергия связи с водородом была ниже необходимого порога.
Ученые попробовали растянуть и сжать материал, добавлять лишние атомы лития для лучшего взаимодействия — ничего не помогло.
Когда надежда почти угасла, на сцену вышел карбид лития — Li₃C.
Его атомарная структура представляет собой плоскую решеткц, где атомы углерода окружены атомами лития.
И тут случилось то, чего ждали:
молекулы водорода прилипали с нужной силой — не слишком слабо, чтобы не улетучиться, и не слишком крепко, чтобы их можно было потом использовать как топливо.
Оптимальная энергия связи для хранения водорода — около 150–300 мэВ (электрон-вольт, единица измерения энергии в мире атомов).
У Li₃C получилось 228 мэВ.
Идеально!
Но главное — вес.
Материал содержит много лития и не так много углерода, поэтому он легкий.
На каждый килограмм такого «губчатого»
листа можно накопить почти 60 граммов водорода.
А если постараться — все 80.
Для сравнения: современные баллоны высокого давления дают около 40–50 граммов на килограмм веса системы.
С точки зрения физики, литий в Li₃C работает как «липучка».
У атома лития есть свободные орбитали, которые с удовольствием принимают электроны от водорода.
Водород — скромный донор, но всё-таки он делится электронной плотностью, и возникает слабая электрическая связь.
Не химическая связь, как в молекуле, а физическая адсорбция — как капля росы на листе.
Ученые проверили это с помощью квантово-механических расчетов.
Оказалось, что атом лития получает часть электронной плотности при контакте с водородом — значит, действительно происходит перенос заряда.
Водород поляризуется и притягиваются к литию.
Самое интересное — температура.
Водород должен выходить из «ловушки»
при нагревании.
Для Li₃C температура десорбции (отпускания водорода) оказалась близка к комнатной.
Это значит, что бак с таким материалом будет работать без дополнительного подогрева или охлаждения.
Просто открывай вентиль — и водород выходит.
Ученые рассчитали, как будет вести себя материал при разных давлениях и температурах.
Графики показали:
при давлении 10–20 атмосфер
и обычной температуре Li₃C удерживает почти весь водород.
Стоит снизить давление — отпускает.
Идеально для топливного бака.
Авторы исследования скромно называют Li₃C «перспективным материалом для водородной авиации».
Именно там каждый килограмм на счету.
Возможно, через 10–20 лет баки пассажирских лайнеров будут заполнены не керосином, а такими «литиевыми листами».
Исследование опубликовано в авторитетном научном журнале International Journal of Hydrogen Energy.
Сообщает android-robot.com
Поделиться новостью:
Топ новости часа
Топ новости часа- "Продолжаю верить в справедливость и закон". Владислав Бакальчук раскрыл детали судебных разбирательств с бывшей женой Татьяной Ким...
- В Курской области выявили 28 случаев фиктивной регистрации иностранных граждан...
- Депутат Нилов: у пенсионеров-должников могут удержать до 70% пенсии...
- Принц Гарри и Меган Маркл не могут найти дом после переезда в США...
- "Помните про Гитлера". Ксения Собчак заявила, что не любит домашних животных...
- «Это вам не Нива»: Рендерные снимки 5-дверной Suzuki Jimny привели автомобилистов в восторг...
14:28, 17 Авг Определен состав европейской делегации на встрече Зеленского и Трампа Глава ЕК Урсула фон дер Ляйен, президент Франции Эммануэль Макрон, премьер-министр Италии Джорджа Мелони, канцлер ФРГ Фридрих Мерц и другие европейск...
16:28, 11 Авг Определен главный фаворит BLAST Premier: Spring Final 2023 Одним из последних соревнований в истории киберспортивной дисциплины CS:GO, наряду с «мейджором» в Париже, станет турнир BLAST Premier: Spring Final ...
19:11, 06 Апр В сочетании с правильным питанием EMS-тренировки дают заметные результаты уже в короткие сроки EMS-тренировки — это новый и эффективный подход в фитнесе, который сочетает обычную физическую нагрузку с воздействием электрических импульсов на мыш...
04:28, 27 Авг В России улучшили сварку алюминия с титаном для авиации В пресс-службе Белгородского государственного национального исследовательского университета (НИУ БелГУ) сообщили, что специалисты разработали усоверш...
15:28, 03 Сен В МАИ создадут цифровые испытания композитов для авиации будущего Инженеры Московского авиационного института (МАИ) разрабатывают цифровую систему для виртуальных испытаний полимерных композитных материалов, применя...
10:28, 26 Фев Новосибирские физики увеличили износостойкость титана для авиации в два раза В Новосибирске создан титановый композит с добавлением карбида бора, чья износостойкость выросла примерно вдвое и позволяет надежнее защищать детали ...
05:28, 30 Янв Россия победила в небе: генерал рассказал об истреблении авиации ВСУ Противостояние в воздушном пространстве Украины вступает в критическую фазу.
Западные поставки истребителей, на которые киевский режим возлагал огром...
05:28, 01 Дек Китайских туристов привлекли в Шушенское при развитии авиации — туроператоры Туристические маршруты, основанные на исторической памяти и культурном наследии, постепенно становятся одним из наиболее заметных трендов в путешеств...
04:28, 01 Июн Ростех и ведущие вузы усилят сотрудничество в авиации и машиностроении Госкорпорация «Ростех» и ведущие российские вузы договорились о дальнейшем развитии сотрудничества в авиационной и машиностроительной сферах. Эти воп...
07:28, 09 Фев Фрегат ВМФ РФ отразил атаку авиации противника на учениях в Баренцевом море Фрегат Северного флота ВМФ России «Адмирал флота Касатонов» на учениях в Баренцевом море отработал отражение атаки морских робототехнических комплекс...
00:28, 12 Авг Минобороны РФ усилит боевые возможности оперативно-тактической и дальней авиации Военно-воздушные силы России будут развиваться за счет оснащения самолетов перспективными средствами поражения, заявило Минобороны РФ.Во вторник, 12 ...
19:28, 30 Май Стена рухнула без грохота: испытания в США радикально изменили будущее мировой авиации Представьте, что вы решили пробить стену головой. Если стена бетонная — будет больно и громко. Если это звуковой барьер — больно будет всем в радиусе...
07:28, 20 Май На Уральском заводе гражданской авиации снова сменили руководителя. Это второй гендиректор за год Уральский завод гражданской авиации (УЗГА), разработчик самолета «Байкал», получил нового генерального директора. 15 мая должность занял Олег Доценко...
11:28, 18 Май Прорыв в китайской авиации: новый турбовентиляторный двигатель прошёл приёмочные испытания Силовая установка тягой 1000 кгс показала соответствие всем параметрам и готовится к применению в беспилотной авиацииJiangxi Zhongfa Tianxin Aero Eng...
22:28, 18 Авг 3D-печать сверхпрочного и жаростойкого сплава GRX-810 от NASA обещает революцию в авиации и космонавтике До недавнего времени создание компонентов двигателей с помощью технологии 3D-печати сдерживалось отсутствием доступных по цене металлических сплавов,...
18:28, 13 Сен Качественный расходный материал, для вентиляции зданий Все мы стараемся сделать нашу жизнь комфортной, это особенно касается жилья. Сейчас очень сложно представить жизнь без кондиционера, особенно в жару....
04:28, 11 Сен В России разработали материал для компактных экогенераторов В Минобрнауки РФ сообщили, что учёные Новгородского университета создали материал для перспективных источников энергии, позволяющий разрабатывать мал...
20:28, 17 Май Микробы слепили строительный материал из марсианского грунта Исследователи показали вещь, которая для марсианских миссий важнее очередного красивого рендера базы: микробное сообщество смогло превратить имитатор...
16:28, 19 Сен Российские учёные создали материал, поглощающий 90% радиоизлучения В пресс-службе Томского государственного университета (ТГУ) сообщили, что учёные вуза разработали композит, способный поглощать более 90% электромагн...
13:28, 17 Май Новый материал для солнечных ячеек удерживает горячие электроны 5 нс Учёные из Национальной лаборатории Роки-Маунтинс заявили, что научились удерживать «горячие электроны» в системе на основе кремния примерно 5 наносек...
23:28, 29 Мар Квантовый компьютер впервые точно смоделировал магнитный материал Учёные из нескольких ведущих научных учреждений (Oak Ridge National Laboratory, Purdue University и IBM), впервые применили квантовый компьютер для т...
23:28, 17 Май Самый скользкий материал в мире подсмотрели у растения-убийцы Ученые скопировали ловушку хищного растения и создали самый скользкий материал в мире Самый скользкий материал в мире это не лед и даже не использова...
03:28, 13 Мар В Красноярском крае создали материал, выдерживающий до –40°С для стройки в Заполярье Учёные Сибирского федерального университета (СФУ) разработали битумно-полимерную мастику, устойчивую к сорокаградусным морозам. Материал предназначен...
04:28, 15 Авг Новосибирские учёные создали материал против статического электричества В пресс-службе Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) сообщили, что учёные вуза разработали композитный материал на основе ...
14:28, 04 Дек Сталь марки 45Х: надежный конструкционный материал для ответственных узлов Сталь марки 45Х востребована там, где важны высокая прочность, износостойкость и устойчивость к ударным нагрузкам. Это материал, который позволяет со...
09:28, 28 Мар Cоздан «умный» материал, который лечит кости и борется с раком В НИЯУ МИФИ представили разработку, которая может совершить революцию в восстановительной хирургии. Студентка третьего курса Маргарита Керученко синт...
14:28, 02 Дек Забудьте всё, что вы знали о карбоне: в «Росатоме» создали новый материал для космоса Опять новость про «уникальную российскую разработку»? Понятен ваш скепсис, но тут случай особый. В «Росатоме» придумали, как из нефтяных отходов дела...
04:28, 26 Мар Красноярские учёные создали биоразлагаемый материал из кильки и конопляных волокон Исследователи Красноярского научного центра СО РАН разработали экологичные композитные материалы на основе биополимера полигидроксиалканоата (ПГА) и ...
16:28, 08 Фев В Нидерландах создали «невозможный» материал — самовосстанавливающий пластик на «молекулярных магнитах» Исследователи Вагенингенского университета (Нидерланды) под руководством профессора Яспера ван дер Гухта разработали принципиально новый тип материал...
23:28, 25 Фев Ключ к этому технологическому прорыву — заставить ДНК, биологический материал, работать с электроникой ДНК, генетический код каждого живого организма, является самым эффективным механизмом хранения данных в природе, способным хранить около 215 миллионо...
02:28, 21 Авг Японский учёный изобрёл энергогенерирующий материал из избыточного тепла человеческого тела Пластины с датчиками могут решить проблему нехватки энергоресурсов, считает Тору Сугахара. Японский учёный префектуры Осака изобрели энергогенерирующ...
17:28, 31 Авг «Нержавеющая сталь — удивительный материал». Илон Маск объяснил выбор для Starship SpaceX, компания Илона Маска, сделала выбор в пользу нержавеющей стали вместо алюминия для конструкции космического корабля Starship. Основная причин...
03:28, 26 Май Учёные создали сверхпрочный материал из шёлка тутового шелкопряда — почти как кевлар, но биоразлагаемый Новый способ обработки позволяет получать прозрачные и прочные волокна из натурального шелка без химии, открывая путь к экологичным материалам для ме...
21:28, 29 Дек «Умный» композитный материал сочетает в себе прочность керамики и гибкость металла для крупномасштабного производства Еще со времен работы в постдокторантуре Массачусетского технологического института Ханг Ю, доцент кафедры материаловедения и инженерии, боролся с про...
18:09, 20 Май Когда человек задумывается о создании аквариума, внимание обычно сосредоточено на рыбах и декоре, а про материал стенок вспоминают не сразу Когда человек задумывается о создании аквариума, внимание обычно сосредоточено на рыбах и декоре, а про материал стенок вспоминают не сразу. При этом...