Новые функциональные композиты на основе металлических гидридов и наноматериалов: синтез, особенности строения, механизмы накопления водорода

Оглавление
Введение 3
1. Материалы-накопители водорода 5
2. Металлы и их гидриды в качестве материалов-накопителей водорода 8
2.1. Легирование магния и его гидридов 8
2.2. Металл органические каркасные структуры 9
2.3. Углеродные наноматериалы 12
3. Синтез новых функциональных композитов на основе металлических гидридов и наноматериалов 15
3.1 Планетарная шаровая мельница 15
Заключение 19
Список литературы 21

Весь текст будет доступен после покупки

В настоящее время все более серьезные обороты набирает работа над поиском источников энергии, которые бы хотя бы частично заменить традиционны. Речь идет о водородной энергетике. Данная область получила стремительное развитие в связи с существованием внушительного ряда особенностей водорода, которые могут сделать водородную энергетику перспективным альтернативным аналогом ископаемого топлива.
Водород является газом с самой высокой удельной теплотой сгорания (140 МДж/кг), что в свою очередь более чем в 3 раза выше, чем у природного газа и бензина (44 МДж/кг), а также приблизительно в 4-5 раз выше, чем у различного вида угля (27-35 МДж/кг). Кроме того, особенностью водородной энергетики является неограниченность источника для получения газа и экологичностью продуктов сгорания в виде воды. Кроме того, хранить водород можно как в газообразном и жидком состояниях, но также и в твердом виде.
Сейчас в мире ежегодно производится около 70 млн тонн водорода, его основные потребители – химическая промышленность, нефтепереработка и металлургия. Согласно ожиданиям специалистов отрасли, к 2050 году роль крупнейшего потребителя водорода перейдет к энергетическому сектору, со спросом на уровне 370 млн тонн ежегодно и долей в мировом энергобалансе, по пессимистическому или оптимистическому сценарию, от 7 до 24 % [1].
Одной из наиболее серьезных и значимых проблем водородной энергетики является обеспечение безопасности этих самых водородных энергосистем. В честности речь идет о безопасности хранения и использования водорода. И класс материалов, исследуемых в данной работе может помочь в некоторой степени эффективно решить существующие проблемы эксплуатации водорода.
Актуальность исследований в данной области объясняется тем, что твердотельные накопители водорода куда более безопасны, просты в транспортировке, а также более стабильны при хранении по сравнению с традиционными методами хранения, такими как балонный или криогенный. Кроме безопасности хранения водорода в твердом виде стоит также отметить еще и то, что данном агрегатном состоянии накопителя можно содержать больше водорода на единицу объема, чем в жидком или газообразном водороде высокого давления [2].
Целью данной работы является изучить базовые принципы получения твердотельных накопителей водорода, в частности, новых функциональных композитов на основе металлических гидридов и наноматериалов, а также ознакомиться с особенностями их строения и механизмов накопления водорода в них.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Материалы-накопители водорода
Создание и интеграция компактных, надежных и безопасных систем хранения водорода является основной проблемой, так как данный химических элемент существенно отличается от традиционных источников энергии по химическим, физическим и термодинамическим свойствам. Кроме того, в жидко и твердом состоянии он все еще более чем на порядок легче воды и даже бензина. В таблицах 1 и 2 представлены характеристики и способы хранения водорода, а также характеристики материалов для аккумулирования водорода, соответственно.

Весь текст будет доступен после покупки

1. О.Е. Аксютин, А.Г. Ишков, К.В. Романов, Р.В. Тетеревлев. Роль российского природного газа в развитии водородной энергетики // Энергетическая политика. 2021. №3. С.6-19.
2. Колачев Б. А., Шалин Р. Е., Ильин А. А. Сплавы-накопители водорода //Металлургия. – 1995. – С. 384.
3. Korablov D., Besenbacher F., Jensen T. R. Kinetics and thermodynamics of hydrogenation-dehydrogenation for Mg-25% TM (TM= Ti, Nb or V) composites synthesized by reactive ball milling in hydrogen //International Journal of Hydrogen Energy. – 2018. – Vol. 43, №. 34. – 16804-16814 p.
4. Liang G. et al. Catalytic effect of transition metals on hydrogen sorption in nanocrystalline ball milled MgH2–Tm (Tm= Ti, V, Mn, Fe and Ni) systems //Journal of Alloys and Compounds. – 1999. – Vol. 292, №. 1-2. – 247-252 p.
5. Khan D. et al. Hydrogen storage properties of nanocrystalline Mg2Ni prepared from compressed 2MgH2Ni powder //International Journal of Hydrogen Energy. – 2018. – Vol. 43, №. 49. – 22391-22400 p.
6. Wu H. B., Lou X. W. D. Metal-organic frameworks and their derived materials for electrochemical energy storage and conversion: Promises and challenges //Science Advances. – 2017. – Vol. 3, №. 12. – 92-95 p.
7. Lee J. Y., Wu H., Li J. An investigation of structural and hydrogen adsorption properties of microporous metal organic framework (MMOF) materials //International journal of hydrogen energy. – 2012. – Т. 37. – №. 13. – С. 10473-10478.
8. De Decker J. Functionalized metal-organic frameworks as selective metal adsorbents : дис. – Ghent University, 2017.
9. Rowsell J.L.C., Yaghi O. M. Strategies for hydrogen storage in metal–organic frameworks // Angewandte Chemie International Edition. – 2005. – Vol. 44, N 30. – P. 4670–4679.

Весь текст будет доступен после покупки