Ученые ЦНИИчермет им. И.П. Бардина в рамках проекта Российского
фонда фундаментальных исследований (РФФИ) изучают
взаимодействие атомарного водорода с углеродными нано- и
микроструктурами. Реализация проекта станет важным шагом по
развитию чистой энергетики для аэрокосмических аппаратов.
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 том числе «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.
Напомним, что 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 новых марок сталей
и сплавов и 300 прецизионных сплавов. Институт – правообладатель 74
патентов на изобретение и 5500 ТУ.
Денис Овчаренко, пресс-служба ГНЦ ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.
Бардина»