🔋 Водородная батарейка

Одна из главных проблем водородной энергетики заключается вовсе не в получении водорода, а в его хранении. Сам по себе водород считается очень привлекательным топливом будущего: при его использовании не выделяется углекислый газ, а топливные элементы способны напрямую превращать химическую энергию в электричество. Особенно полезной такая технология может оказаться для грузовиков, автобусов и поездов, где обычные аккумуляторы слишком тяжёлые.

Однако водород трудно хранить и перевозить. Поэтому учёные ищут специальные материалы-носители, которые могли бы «впитывать» водород, а затем отдавать его по мере необходимости.

Одним из самых перспективных таких материалов считается боргидрид лития (LiBH₄). Он способен запасать большое количество водорода, но есть серьёзная проблема. Когда материал отдаёт водород, он превращается в смесь бора и гидрида лития. Чтобы использовать его снова, нужно вернуть водород обратно. На практике этот процесс требует много энергии и обычно происходит только при высоких температурах.

Исследователи из китайских университетов Чжэцзян и Фудань нашли способ существенно упростить эту задачу. Они создали нанокомпозит из сверхмалых частиц боргидрида лития и крошечных никелевых кластеров размером около 3 нанометров.

Сначала учёные с помощью компьютерного моделирования изучили, как именно атомы водорода взаимодействуют с бором. Оказалось, что ключевую роль играют особые атомы бора на поверхности наночастиц — так называемые Bspike-атомы. Они обладают повышенной химической активностью и служат своеобразными «точками захвата» водорода.

Исследование показало ещё одну важную закономерность: чем меньше частицы бора, тем больше на их поверхности таких активных атомов. Фактически уменьшение размера частиц резко повышает их способность вновь связывать водород.

Чтобы проверить эту идею, учёные создали материал, в котором частицы боргидрида лития после высвобождения водорода образуют крошечные скопления бора и гидрида лития, расположенные буквально в нескольких нанометрах друг от друга. Никелевые кластеры при этом остаются на месте и выполняют роль катализатора.

#Никель помогает молекулам водорода распадаться на отдельные атомы, а также ослабляет связи между атомами бора. Благодаря этому бор и гидрид лития могут снова соединяться с водородом и восстанавливать исходный боргидрид лития.

Главный результат работы — регенерация материала стала возможна уже при температуре около 30 °C. Для подобных систем это крайне низкая температура: раньше требовался гораздо более сильный нагрев, а значит, и дополнительные затраты энергии.

Если технологию удастся масштабировать, она может стать важным шагом для развития водородной энергетики. Более эффективные материалы для хранения водорода упростят его транспортировку и использование, что приблизит появление водородных грузовиков, поездов и других видов транспорта, работающих без выбросов углекислого газа.