Американские ученые определили фактор, влияющий на скорость высвобождения водорода

Американские ученые определили фактор, влияющий на скорость высвобождения водорода

Водород – самое простое и распространенное вещество на Земле – является многообещающим носителем энергии для современных экологически чистых технологий. Он используется в качестве топлива для электромобилей и может применяться для хранения энергии, произведенной возобновляемыми источниками, в моменты спада энергопотребления. Главная трудность заключается в достижении двух целей одновременно – высокой плотности хранения и динамики высвобождения водорода.

Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре пролили свет на кинетику высвобождения водорода, или дегидрогенизацию, из гидрида алюминия (AlH3) – материала, который имеет многообещающие перспективы для хранения энергии. Проведенное компьютерное моделирование также  помогает понять механизмы, лежащие в основе этих химических реакций.

«Гидрид алюминия обладает отличным потенциалом, поскольку энергия связи водорода мала, поэтому скорость его высвобождения довольно велика, - объясняет Крис Ван де Валле, профессор  факультета материаловедения и глава Группы по вычислительной разработке материалов в Калифорнийском университете. – В то же время кинетические барьеры достаточно велики, чтобы предотвратить значительное увеличение скорости высвобождения водорода».

Доктора Ларс Исмер и Андерсон Янотти – члены исследовательской группы – использовали компьютерное моделирование, чтобы изучить микроскопические процессы, вызывающие высвобождение водорода из гидрида алюминия.

Для своих вычислений они использовали новейшие технологии и в результате определили, как отдельные атомы водорода рассеиваются в гидриде алюминия. Как оказалось, это возможно благодаря возникновению водородных пустот. Результаты исследования были подробно описаны в работе «Дегидрогенизация гидрида алюминия за счет образования скоплений пустот», опубликованной в журнале «TheJournalofPhysicalChemistry».

Водородные пустоты – это дефекты, которые играют очень важную роль, – они делают возможным распределение атомов. Если бы все атомы были на своих местах, ни один из них не мог бы передвигаться. Если один атом отсутствует, соседние могут занять этот пробел, приводя, таким образом, к движению водорода через вещество.

Группа исследователей, определивших ключевые параметры с помощью сложных вычислений, поставила перед собой цель смоделировать процесс высвобождения водорода, не трогая при этом скопления атомов алюминия.

«Применяемый многоуровневый подход позволяет нам получить исключительно точные данные в ходе вычислений и использовать их для моделирования реалистичных размеров систем в заданных временных рамках, - рассказывает Исмер. – Мы можем отслеживать ядрообразование и рост алюминиевой фазы, а также скорость высвобождения водорода».

Главной особенностью проведенных испытаний стало то, что они позволили исследователям определить фактор, ограничивающий скорость высвобождения водорода – им оказался процесс диффузии.

Первоначальные результаты противоречили выводам, сделанным при использовании традиционной интерпретации наблюдаемого S-образного появления кривых дегидрогенизации, что не позволяло считать диффузию ключевым фактором. Однако в ходе экспериментов исследователям удалось воспроизвести кривые реакции, соответствующие вычислениям, - это четко указывало на то, что скорость протекания реакции ограничивается распределением точечных дефектов.

«Полученные данные существенно расширяют наши представления о веществах, используемых для хранения водорода, - заявляет Ван де Валле. – Следует быть осторожным, делая выводы лишь на основе формы кривых реакции. Использованные нами методики чрезвычайно просты – они разрабатывались еще в 1930-х годах, когда эксперименты не были такими сложными, а о вычислительных исследованиях никто даже не слышал. Данная работа наглядно демонстрирует, что традиционные положения, основанные на форме кривых реакции, необходимо пересмотреть».

EnergyDaily, перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.energy-daily.com/reports/Calculations_reveal_fine_line_for_hydrogen_release_from_storage_materials_999.html

  • Дата публикации: 24.07.2012
  • 163

Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться