Учёные Томского политехнического университета разработали композитный материал для хранения водорода на основе гидрида магния, наночастиц никеля и углеродных нанотрубок. Добавки позволили снизить энергию активации выделения водорода примерно втрое по сравнению с чистым гидридом магния. Разработка может упростить создание накопителей водорода, работающих при более низких температурах.
Исследование выполнено специалистами Инженерной школы ядерных технологий ТПУ в рамках проекта Российского научного фонда. Согласно отчётным материалам РНФ за 2026 год, наиболее перспективные составы получены с использованием наноразмерного никеля, произведённого методом электрического взрыва проводников, и углеродных теплопроводящих добавок.
В одном из исследованных вариантов материал содержит гидрид магния, 15% наноразмерного никеля и 1% углеродных нанотрубок по массе. Его водородная ёмкость достигает 5,5% массы композита, а энергия активации выделения водорода составляет около 50 кДж/моль. Для чистого гидрида магния этот показатель оценивается примерно в 161 кДж/моль.
Гидрид магния рассматривается как перспективный материал для хранения водорода в химически связанном состоянии. Он способен удерживать значительное количество газа без необходимости хранить его исключительно в виде сжатого водорода. Однако высокая устойчивость соединения создаёт технологические сложности: для выделения водорода из чистого гидрида магния обычно требуется нагрев примерно до 400 °C.
Добавление наночастиц никеля изменяет структуру материала и облегчает процессы поглощения и выделения водорода. При механохимическом синтезе образуются дефекты кристаллической решётки и новые межфазные границы, способствующие протеканию реакции. Углеродные нанотрубки, в свою очередь, улучшают теплообмен внутри композита, что особенно важно для накопителей большой ёмкости.
При этом повышение эффективности выделения водорода достигается за счёт некоторого снижения его массовой доли. Чистый гидрид магния способен содержать около 7% водорода по массе, тогда как исследованный композит с нанотрубками — 5,5%. Для практических систем хранения важны не только ёмкость материала, но и скорость зарядки и разрядки, необходимая температура, энергозатраты и устойчивость при многократном использовании.
В рамках проекта учёные также исследовали добавки терморасширенного графита и графена. Для некоторых составов удалось получить ещё более низкие значения энергии активации, однако их водородная ёмкость и другие характеристики отличались. Это позволяет подбирать материалы под конкретные условия эксплуатации.
