Работа космических аппаратов, самолетов и беспилотников на водородном топливе безопасна для природы – это экологически чистый энергоноситель. Но хранить и транспортировать водород в газообразном состоянии сложно (в композитных резервуарах под высоким давлением), а в виде криогенной жидкости – затратно. Более выгодно и безопасно – в твердом виде, интеркалируя водород высокой плотности в углеродные наноструктуры.
В рамках гранта РФФИ ученые ЦНИИчермет им. И.П. Бардина исследуют взаимодействие водорода с мультислойными графеновыми структурами (в т.ч. «графеновой бумагой»), «расширенным» наноструктурированным графитом, графитовыми нановолокнами, многослойными углеродными нанотрубками и углеродными лукообразными наноструктурами. Это поможет определить эффективные способы хранения водорода для использования в топливных элементах в летательных аппаратах.
Чтобы изучить характеристики и механизмы сорбции и интеркаляции водорода в углеродных нано- и микроструктурах, ученые гидрировали их в водородной плазме и в установке с «надтепловыми» атомами водорода. В ходе исследования раскрыли физику изучаемых процессов и развили эффективную методику «обработки» и анализа термодесорбционных спектров водорода для углеродных образцов с применением только одной скорости их нагрева. Также получила развитие термодинамическая теория эффекта Курдюмова (термоупругое равновесие фаз для сталей) и водородного спилловер-эффекта, проявляющихся при интеркаляции водорода высокой плотности в наноуглеродные структуры.
Ученые проведут термодинамическое изучение большого массива экспериментальных данных различных авторов о диффузии, сорбции и интеркаляции водорода в эпитаксиальных графенах и определят энергетические характеристики механизмов химических взаимодействий водорода с поверхностями и границами раздела в наноуглеродных системах. Результатом исследований должно стать создание фундаментальной основы для развития прорывной технологии эффективного и безопасного хранения водорода в углеродных наноматериалах. Предстоит определить перспективы ее применения в топливных элементах в аэрокосмических аппаратах.
ГНЦ ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина» подведомственное учреждение Минпромторга России, комплексный научно-исследовательский центр по созданию металлургических технологий и металлических материалов. ЦНИИчермет разработал 500 но-вых марок сталей и сплавов и 300 прецизионных сплавов. Институт - правообладатель 74 патентов на изобретение и 5500 ТУ.
