Новости

1 октября 2020
Ученые ДВФУ предложили способ применения металлических стекол в водородной энергетике


Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе с коллегами из Австрии, Великобритании, Турции, Словакии и России предложили способ насыщения тонких слоев металлических стекол водородом при комнатной температуре. Это сильно расширяет диапазон недорогих, энергоэффективных и высокопроизводительных материалов и методов, пригодных для развития водородной энергетики. Статья об этом опубликована Journal of Power Sources.

Разработанная учеными аморфная наноструктура (металлическое стекло на основе железо-никелевого сплава, FeNi) может применяться в водородной энергетике в качестве накопителя и хранилища водорода, в том числе в миниатюрных системах, где такой накопитель заменит литий-ионную батарею.

Функционально металлическим стеклом можно заменить дорогостоящий палладий, применяемый в водородных системах сегодня. Таким образом разработчики подошли к решению проблемы производства экономически целесообразных накопителей, отсутствие которых — главная преграда для развития водородной энергетики в промышленных масштабах.

«Водород — самый распространенный химический элемент во Вселенной, чистый возобновляемый источник энергии, которым можно заменить используемые сегодня виды топлива. Однако хранение водорода — одна из главных технологических проблем. Один из ключевых материалов, используемых для хранения и катализа водорода, — это палладий. Его высокая стоимость и умеренное сродство к окислительным или восстановительным средам при экстремальных условиях создают большие барьеры для промышленного применения, — объясняет один из участников исследования, доцент кафедры компьютерных систем Школы естественных наук ДВФУ Юрий Иванов. — Проблему можно решить с помощью металлических стекол, непрозрачных сплавов аморфных металлов, которые не обладают кристаллической структурой. Эти сплавы имеют более высокую по сравнению с кристаллическим палладием стойкость к агрессивным средам, а их стоимость заметно ниже. Кроме того, в металлических стеклах есть так называемый свободный атомный объем, пространство между атомами, что позволяет в гораздо большей степени «пропитывать» их водородом по сравнению с материалами, которые имеют кристаллическую структуру».

По словам ученого, металлическое стекло имеет огромный потенциал в энергетическом секторе благодаря аморфной структуре и отсутствию типичных дефектов, характерных для поликристаллических металлов, а также высокой стойкости к окислению и коррозии.

Уникальность исследования заключается в том, что методы электрохимии применили для обогащения водородом (гидрирования) металлических стекол и одновременно для определения их способности поглощать водород. Стандартные методы обогащения материалов водородом (газовая адсорбция) требуют высоких температур и давлений. Это, во-первых, ухудшает характеристики металлических стекол, а во-вторых, ограничивает диапазон материалов, доступных для исследования. В отличие от газовой адсорбции, электрохимическое гидрирование приводит к взаимодействию водорода с поверхностью электрода из металлического стекла на основе FeNi при комнатной температуре, как в случае с палладием. 

Цель будущих исследований научной группы — разработать и оптимизировать новые композиции металлических стекол для конкретных энергетических приложений.

Ранее ученые-материаловеды из ДВФУ, Кембриджа (Великобритания) и Китайской академии наук разработали методику «омоложения» объемных металлических стекол, наиболее интересных для практического применения. Их сделали более пластичными и устойчивыми к сверхкритическим нагрузкам. Доработанные металлические стекла можно применять во множестве областей: от гибкой электроники, разнообразных датчиков и сердечников трансформаторов до медицинских имплантов и защиты спутников.

Направление Material Science, включающее исследования в области новых технологий и материалов, определено в Дальневосточном федеральном университете как одно из приоритетных и ориентировано на решения принципиально новых научно-технологических задач, которые находятся на переднем крае современной науки. Ученые ДВФУ ведут фундаментальные исследования и практические разработки по приоритетным направлениям Стратегии научно-технологического развития РФ, которые необходимы для перехода к технологиям будущего.

Пресс-служба ДВФУ,
press@dvfu.ru