Определен перспективный материал для водородной авиации

Водородная энергетика считается одним из перспективных направлений развития техники. Водород не дает вредных выбросов, его много, он легкий. Но есть проблема: как его хранить? Для хранения водорода нужны тяжеленные баллоны под огромным давлением или при температуре, близкой к абсолютному нулю. Ни то, ни другое не подходит ни для самолета, ни для автомобиля. Что же делать? Ответ ищут материаловеды и физики по всему миру. Одно из перспективных решений предложили сотрудники НИЯУ МИФИ аспирант Александр Яковлев и профессор Константин Катин. Они исследовали, как ловить молекулы водорода с помощью лития. Литий — самый легкий металл. И это его главное преимущество. Если мы хотим накапливать водород, нам нужен материал, который сам мало весит. Ведь топливный бак — это часть веса самолета или машины. Раньше ученые пытались «насыпать» атомы лития поверхность разных материалов — графена, карбида кремния и других. Но здесь возникла проблема: атомы металла не хотят равномерно распределяться по поверхности. Они собираются в комочки, как ртуть, и эффективность падает. В основе исследования сученых МИФИ лежит идея использовать литий не в качестве добавки, а в качестве основы, в которой атомы лития расположены идеально благодаря структуре кристалла? Исследователи взяли пять кандидатов — плоские, толщиной всего в один атом, материалы на основе лития. У таких кристаллов огромная поверхность, так что водороду есть где разместиться. Четыре из них отсеялись один за другим. В литиевой «соде» (LiOH) на практике молекулы водорода на ней почти не держатся. Притяжение слабее, чем требуется, в семь раз. Если и удавалось «приклеить» водород, то так крепко, что обратно он уже не отрывался — вместо водорода получалась вода. Оксиды лития показали себя лучше, но тоже были не идеальным вариантом. Одна из форм (H-Li₂O) оказалась нестабильной — контакт с водородом разрушал материал. Другая форма (T-Li₂O) вела себя достойно, но энергия связи с водородом была ниже необходимого порога. Ученые попробовали растянуть и сжать материал, добавлять лишние атомы лития для лучшего взаимодействия — ничего не помогло. Когда надежда почти угасла, на сцену вышел карбид лития — Li₃C. Его атомарная структура представляет собой плоскую решеткц, где атомы углерода окружены атомами лития. И тут случилось то, чего ждали: молекулы водорода прилипали с нужной силой — не слишком слабо, чтобы не улетучиться, и не слишком крепко, чтобы их можно было потом использовать как топливо. Оптимальная энергия связи для хранения водорода — около 150–300 мэВ (электрон-вольт, единица измерения энергии в мире атомов). У Li₃C получилось 228 мэВ. Идеально! Но главное — вес. Материал содержит много лития и не так много углерода, поэтому он легкий. На каждый килограмм такого «губчатого» листа можно накопить почти 60 граммов водорода. А если постараться — все 80. Для сравнения: современные баллоны высокого давления дают около 40–50 граммов на килограмм веса системы. С точки зрения физики, литий в Li₃C работает как «липучка». У атома лития есть свободные орбитали, которые с удовольствием принимают электроны от водорода. Водород — скромный донор, но всё-таки он делится электронной плотностью, и возникает слабая электрическая связь. Не химическая связь, как в молекуле, а физическая адсорбция — как капля росы на листе. Ученые проверили это с помощью квантово-механических расчетов. Оказалось, что атом лития получает часть электронной плотности при контакте с водородом — значит, действительно происходит перенос заряда. Водород поляризуется и притягиваются к литию. Самое интересное — температура. Водород должен выходить из «ловушки» при нагревании. Для Li₃C температура десорбции (отпускания водорода) оказалась близка к комнатной. Это значит, что бак с таким материалом будет работать без дополнительного подогрева или охлаждения. Просто открывай вентиль — и водород выходит. Ученые рассчитали, как будет вести себя материал при разных давлениях и температурах. Графики показали: при давлении 10–20 атмосфер и обычной температуре Li₃C удерживает почти весь водород. Стоит снизить давление — отпускает. Идеально для топливного бака. Авторы исследования скромно называют Li₃C «перспективным материалом для водородной авиации». Именно там каждый килограмм на счету. Возможно, через 10–20 лет баки пассажирских лайнеров будут заполнены не керосином, а такими «литиевыми листами». Исследование опубликовано в авторитетном научном журнале International Journal of Hydrogen Energy....

Сообщает android-robot.com

Новость из рубрики:

Поделиться новостью: Поделиться новостью в Facebook Поделиться новостью в Twittere Поделиться новостью в VK Поделиться новостью в Pinterest Поделиться новостью в Reddit

Топ новости часа

16:07, 09 Авг Определен главный фаворит BLAST Premier: Spring Final 2023 Одним из последних соревнований в истории киберспортивной дисциплины CS:GO, наряду с «мейджором» в Париже, станет турнир BLAST Premier: Spring Final 2023. Этот «ивент» с участием восьми лучших команд мира по «контрстрайку» запланирован на 7-11 июня ...

09:07, 01 Дек Китайских туристов привлекли в Шушенское при развитии авиации — туроператоры Туристические маршруты, основанные на исторической памяти и культурном наследии, постепенно становятся одним из наиболее заметных трендов в путешествиях по России. Интерес иностранных гостей к подобным направлениям тоже растёт, особенно когда речь и...

14:14, 10 Дек Разработка технической карты сварки В производстве и строительстве ключевым фактором безопасности и качества является строгое соблюдение технологических процессов. Особенно это актуально для сварочных работ на объектах повышенной опасности, где малейшее отклонение от нормы может приве...

06:07, 19 Авг 3D-печать сверхпрочного и жаростойкого сплава GRX-810 от NASA обещает революцию в авиации и космонавтике До недавнего времени создание компонентов двигателей с помощью технологии 3D-печати сдерживалось отсутствием доступных по цене металлических сплавов, способных выдерживать экстремальные температуры, свойственные космическим полётам. Дорогостоящие сп...

13:36, 18 Дек Матрица судьбы как зеркало жизни и скрытых возможностей Интерес к самопознанию всегда был частью человеческой природы. В разные эпохи люди искали ответы в философии, религии и науке, а сегодня всё чаще обращаются к нумерологии. Одним из самых глубоких и наглядных инструментов считается Матрица судьбы на ...

05:07, 27 Ноя Япония получила пост главы совета международной авиации утверждён ICAO Представитель Японии Тошиюки Онума возглавит совет Международной организации гражданской авиации (ICAO) — структуру, которая определяет правила безопасности и развития мировой авиации уже почти восемьдесят лет. С 1 января 2026 года он сменит Сальват...

09:07, 07 Дек Международный день гражданской авиации и День Эрмитажа отмечают 7 декабря В воскресенье, 7 декабря, отмечается международный день гражданской авиации, День инженерно-авиационной службы ВКС России, а также день основания Эрмитажа. Международный день гражданской авиации отмечается ежегодно с 1996 года, когда Генассамблея ОО...

10:24, 19 Фев Стеклофибробетон как современный материал архитектуры Стеклофибробетон уверенно занял свое место среди передовых строительных и декоративных материалов, объединив в себе прочность бетона и легкость современных композитов. Его основой является цементная матрица, усиленная стеклянным волокном, что придае...

04:07, 17 Сен Качественный расходный материал, для вентиляции зданий Все мы стараемся сделать нашу жизнь комфортной, это особенно касается жилья. Сейчас очень сложно представить жизнь без кондиционера, особенно в жару. Для того, что система кондиционирования и вентиляции работа исправно за ней нужно ухаживать и во вр...

16:07, 25 Окт Российские ученые создали устойчивый материал для рентгеновских томографов Российские ученые разработали новый люминесцентный материал на основе шестиядерного кластерного комплекса молибдена. Он способен ярко светиться под воздействием рентгеновских лучей и при этом сохраняет стабильность даже в экстремальных условиях — пр...

05:07, 13 Мар В Красноярском крае создали материал, выдерживающий до –40°С для стройки в Заполярье Учёные Сибирского федерального университета (СФУ) разработали битумно-полимерную мастику, устойчивую к сорокаградусным морозам. Материал предназначен для гидроизоляции и защиты фундаментов, фасадов, кровли, а также дорожной и нефтедобывающей инфраст...

06:07, 30 Мар Квантовый компьютер впервые точно смоделировал магнитный материал Учёные из нескольких ведущих научных учреждений (Oak Ridge National Laboratory, Purdue University и IBM), впервые применили квантовый компьютер для точного моделирования свойств магнитного материала KCuF3. Квантовые симуляции проводились на процессо...

11:07, 05 Дек Сталь марки 45Х: надежный конструкционный материал для ответственных узлов Сталь марки 45Х востребована там, где важны высокая прочность, износостойкость и устойчивость к ударным нагрузкам. Это материал, который позволяет создавать долговечные детали без неоправданного утяжеления конструкции — именно поэтому его выбирают и...

04:07, 26 Мар Красноярские учёные создали биоразлагаемый материал из кильки и конопляных волокон Исследователи Красноярского научного центра СО РАН разработали экологичные композитные материалы на основе биополимера полигидроксиалканоата (ПГА) и растительных отходов. Для получения полимера использовали жир из отходов переработки балтийской киль...

16:07, 27 Мар Cоздан «умный» материал, который лечит кости и борется с раком В НИЯУ МИФИ представили разработку, которая может совершить революцию в восстановительной хирургии. Студентка третьего курса Маргарита Керученко синтезировала уникальный композитный материал на основе фосфата кальция. Он не только замещает удаленные...

14:07, 31 Авг «Нержавеющая сталь — удивительный материал». Илон Маск объяснил выбор для Starship SpaceX, компания Илона Маска, сделала выбор в пользу нержавеющей стали вместо алюминия для конструкции космического корабля Starship. Основная причина — устойчивость материала к экстремальным условиям. Алюминий подвержен плавлению из-за высоки...

00:07, 14 Авг Японский учёный изобрёл энергогенерирующий материал из избыточного тепла человеческого тела Пластины с датчиками могут решить проблему нехватки энергоресурсов, считает Тору Сугахара. Японский учёный префектуры Осака изобрели энергогенерирующий материал из избыточного тепла человеческого тела. Инновационность разработки в том, что около 200...

11:07, 20 Мар Учёные КБГУ создали многоразовый материал для очистки воды от бактерий и вирусов Исследователи Кабардино-Балкарского госуниверситета (КБГУ) вместе с коллегами из ИНХС РАН разработали полимерную мембрану на основе полифениленсульфона, которая выдерживает более 300 часов обработки паром. Это позволяет использовать её многократно, ...

16:07, 25 Фев Ключ к этому технологическому прорыву — заставить ДНК, биологический материал, работать с электроникой ДНК, генетический код каждого живого организма, является самым эффективным механизмом хранения данных в природе, способным хранить около 215 миллионов гигабайт данных на грамм. Применение этой емкости в электронике могло бы значительно повысить эффе...

11:07, 30 Дек «Умный» композитный материал сочетает в себе прочность керамики и гибкость металла для крупномасштабного производства Еще со времен работы в постдокторантуре Массачусетского технологического института Ханг Ю, доцент кафедры материаловедения и инженерии, боролся с проблемой создания керамики с эффектом памяти формы, которую можно было бы производить в больших масшта...

02:07, 06 Дек Виниловые обои - это прошлый век: клеим другой долговечный материал: у дизайнеры ожидают новый тренд в сезоне 2026 Прогород Пришло время списать виниловые обои в утиль. Не в буквальном смысле, конечно, но их эра как безусловного фаворита подходит к концу. На сцену выходит материал, который дизайнеры уже вовсю используют в проектах, а к 2026 году называют главным...