Исследователи из Института физики твердого тела РАН разработали наноразмерные сферы из кварцевого стекла, способные хранить рекордное количество водорода – перспективного «зеленого» топлива. Об исследовании, результаты которого опубликованы в журнале Fuel, сообщает пресс-служба Российского научного фонда.
Российские физики создали систему хранения водорода на основе полых наносфер из диоксида кремния. В разработанных капсулах соотношение водорода к материалу контейнера достигло 0,94, то есть содержание водорода и других веществ практически сравнялось (частицы на 48,5% были заполнены водородом). Это, по словам разработчиков, максимальный показатель для силикатных материалов.
Ученые из Института физики твердого тела РАН формировали полые наносферы из диоксида кремния. Для получения частиц они использовали шарообразный синтетический шаблон из органического стекла. На нем с помощью химической реакции между водой и кремнийсодержащим органическим соединением сформировали оболочки из диоксида кремния.
Камера высокого давления для насыщения образцов водородом. Источник: Вадим Ефимченко
После этого шаблон органического стекла выжигали нагревом до нескольких сотен градусов и формировали непроницаемую для многих веществ (кроме водорода) оболочку кварцевого стекла. Созданные учеными наносферы имеют диаметр 289 нанометров при толщине стенок всего 25 нанометров, что сопоставимо с размерами вирусов.
Водород — одно из самых перспективных веществ для зеленой энергетики. Создание компактных, надежных и недорогих систем хранения и транспортировки водорода — одна из ключевых проблем водородной энергетики. Разработанные нами сферы могут быть хорошим вариантом решения этой задачи, поскольку в них можно поместить большое количество водорода.
Вадим Ефимченко, соавтор исследования
Исследователи показали, что при заполнении наносфер водородом под давлением, в 75 000 раз превышающим атмосферное, около 30% газа размещается в полостях сфер, а остальное — в их оболочках. При этом плотность газа внутри капсул в 52 раза выше, чем при нормальном давлении, а высокое давление не деформирует наносферы.
Испытания показали, что при хранении в жидком азоте капсулы теряют лишь 14% водорода за первые три дня, после чего потери прекращаются. Это делает разработку перспективной для долговременного хранения и транспортировки водородного топлива.
Технология, по словам разработчиков, может найти применение не только в водородной, но и в термоядерной энергетике будущего: наносферы пригодны для хранения дейтерия и трития, необходимых для термоядерного синтеза.
