Содержание
Твердый водород и нетвердые доказательства
Гарвардские физики заявили, что получили в лабораторных условиях твердый металлический водород. Является ли это важнейшим прорывом в науке или ученые просто выдали желаемый результат за действительный? Есть ли основания сомневаться в открытии, или скептики просто завидуют? Indicator.Ru выясняет вместе с профессором РАН, профессором Сколковского института науки и технологий Артемом Огановым и профессором НИЯУ «МИФИ», доктором физико-математических наук Николаем Кудряшовым.
В журнале Science была опубликована работа, в которой авторы заявляют о первом успешном получении водорода в фазе твердого металлического вещества. Сами ученые называют свое достижение ни много ни мало «Святым Граалем физики высокого давления».
Немного истории
Открытие имеет долгую историю и довольно любопытные и важные перспективы. В 1935 году известный физик Юджин Вигнер со своим коллегой Хиллардом Хантингтоном из Принстонского университета опубликовали в журнале (Journal of Chemical Physics, vol.
3, No. 12, 1935) статью, в которой теоретически предсказали, что при повышенном давлении до 250 тысяч атмосфер у водорода происходит фазовый переход, в результате которого появляется кристаллическая решетка и водород становится металлом.
Тридцать три года спустя, в 1968 году, Нейл Эшкрофт из Корнельского университета в своей теоретической работе (Physical Review Letters, vol. 21, 1968, p. 1748) показал, что металлический водород будет высокотемпературным сверхпроводником и критическая температура его перехода в сверхпроводящее состояние будет равняться комнатной или даже выше. Легко догадаться, какой технологический прорыв мог бы появиться, если бы ученым удалось получить металлический водород в достаточном количестве. Так возникли невероятно оптимистические перспективы технических приложений металлического водорода.
В действительности, более точные расчеты (Н.А. Кудряшов, А.А. Кутуков, Е.А. Мазур, Письма в ЖЭТФ, том 104, вып. 7, 1916, С. 488) показали, что критическая температура металлического водорода в фазе I41/AMD, той самой, которая изучалась Рангой Диас и Айзеком Сильверой при давлении в 500 миллионов атмосфер, дает величину температуры перехода в сверхпроводящее состояние 215 K, то есть –58°C.
Таким образом, начиная с 1970 годов проблема получения металлического водорода остается одной из важных, перспективных и волнующих научных тем.
Еще более привлекательной и интересной эта тема стала после того, как в работах академика Юрия Кагана и его коллег из научного центра «Курчатовский институт» (Успехи физических наук, том 105, 1971, с.77 и более поздние статьи) было установлено, что металлический водород должен иметь метастабильные свойства. Это значит, что после его получения металл будет в течение некоторого времени (возможно, достаточно продолжительного) оставаться в том состоянии, в котором он был получен. Определение времени, в котором вещество остается стабильным, — отдельная задача.
Между взрывом и наковальней
Проблема получения металлического водорода оказалась связанной с изучением поведения вещества при высоких давлениях и при низких температурах. Высокие давления в настоящее время получаются с помощью статического сжатия вещества в алмазной наковальне или при динамическом сжатии с помощью взрыва.
Получить в алмазной наковальне металлический водород не так просто. Дело в том, что оценка давления, до которого надо было сжимать водород, следовавшая из работы Вигнера и Хантингтона, оказалось намного заниженной. Кроме того, работать с водородом сложно, поскольку он хорошо растворяется во многих металлах и легко проникает в них вследствие легкости своих молекул.
При взрывном сжатии удается достигать бо́льших давлений, чем в алмазных наковальнях, но при взрывах всегда получаются высокие температуры и технологически трудно получить низкие. При этом возникает еще одна проблема, связанная с высоким давлением при взрыве. Оно быстро уменьшается после испытания, и провести его измерения за короткое время непросто. Тем не менее такие работы проводятся в некоторых отечественных и зарубежных лабораториях.
В своем интервью газете «Harward gazette» профессор Сильвера сообщил, что им удалось преодолеть все трудности эксперимента и получить наконец-то некоторое количество одной из фаз металлического водорода.
Он заявил, что «это первый в мире образец металлического водорода на Земле, и, когда вы на него смотрите, вы видите то, что никто никогда не видел прежде».
Основной трудностью при подготовке и проведении эксперимента Диаса и Сильверы явилось достижение высокого давления при сжатии водорода в алмазной наковальне без разрушения алмазов. Исследователи использовали два небольших синтетических алмаза с уникально обработанными поверхностями, установленными в алмазной ячейке. Поверхности соприкосновения с водородом, покрывались тонким слоем оксида алюминия с целью предотвращения процесса диффузии в кристаллическую структуру. В результате исследователи получили сверхэкстремальное давление, равное 495 миллионам атмосфер, и сверхнизкую температуру, равную 3 K.
Вначале материал в алмазной наковальне имел блестящую поверхность, но «с ростом давления материал стал черным, и мы полагаем, что это произошло потому, что он стал полупроводником, способным поглощать свет, — сказал профессор Сильвера.
— Затем мы еще больше увеличили давление, и материал стал блестящим. Отражательная способность его была чрезвычайно высокой, около 90%. Это примерно равно отражающей способности полированного алюминия».
Профессор Дэвид Кэперли из Университета штата Иллинойс, не принимавший участия в исследовании, считает, что «в случае подтверждения этого открытия будет положен конец поискам, продолжавшимся не одно десятилетие. Это открытие может стать новым значительным шагом в понимании самого распространенного элемента во Вселенной».
Мнение эксперта
Корреспондент Indicator.Ru поговорил об открытии с профессором Сколковского института науки и технологий, профессором и заведующим лабораторией компьютерного дизайна материалов в Университете штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук, профессором РАН, специалистом по физике и химии высоких давлений Артемом Огановым.
— Действительное ли это самое первое свидетельство получения твердого металлического водорода?
— Похоже на правду.
Однако нужно сохранять здоровую долю осторожности. Все вещества при давлении должны металлизоваться, но у каждого вещества это давление свое. Рано или поздно будет достигнуто давление, при котором водород станет металлом. Было по меньшей мере две работы, в которых объявлялось о синтезе твердого металлического водорода, но поддержки всего научного сообщества ни то, ни другое сообщение не получило. В этот раз похоже, что работа группы Айзека Сильверы такую поддержку получает, хотя скептицизм остается.
Айзек Сильвера к этой цели стремился всю свою жизнь. Он получил PhD еще в 1965 году, все время занимался водородом и попытками получения его в металлической фазе. И мне кажется замечательным событием, что в завершении карьеры ему, похоже, удалось достигнуть этой цели.
Результаты этой работы свидетельствуют, что водород, как и любое другое вещество, при достаточном сжатии превращается в металл, подтверждая ожидания физиков. Для металлического водорода предсказываются очень интересные свойства, например сверхпроводимость при почти комнатных температурах.
Но надо сказать, что предположения о наличии сверхпроводимости в металлическом водороде были многочисленны и предсказываемая ими температура сверхпроводящего перехода существенно разнилась. Самая надежная оценка была сделана несколько лет назад в работе группы Гросса — 240 K (-33°C).
— Водород образует много различных фаз при низких температурах и высоких давлениях: твердое вещество из молекул, промежуточное фаза полупроводника и другие. Твердое металлическое состояние — это последняя фаза, которую до этого не удавалось получить, или у водорода есть еще специфические модификации?
— Поведение водорода очень сложное, поэтому трудно сказать. К тому же постоянно открывают новые разновидности. Совсем недавно, например, было открыто состояние, в котором графеноподобные слои перемежаются с молекулами H2 — достаточно необычный вариант, также существующий только при высоких давлениях. Я думаю, последнее слово в этой области еще не сказано. Даже в уже достигнутом диапазоне давлений и температур много может быть открыто.
Фазовая диаграмма водорода очень сильно осложняется дополнительными эффектами. Во-первых, очень большую роль могут играть квантовые эффекты нулевых колебаний атомов — это следствие принципа неопределенности приводит к тому, что атомы и при абсолютном нуле не находятся в покое, и этот эффект максимален для легких элементов вроде водорода. Во-вторых, ситуация с водородом осложняется влиянием различных изотопов. У протия, дейтерия и трития и их смесей в различных пропорциях будут очень непохожие давления переходов, не исключены и различные фазы. Кроме того, ядро водорода обладает спином, поэтому могут появиться дополнительные состояния, связанные с взаимной ориентацией спинов (параводород и ортоводород). Кстати, именно Айк Сильвера внес очень большой вклад в понимание влияния ядерных спиновых эффектов на фазовую диаграмму. В целом можно сказать, что водород — элемент очень непростой.
— Некоторые специалисты не спешат признавать эти результаты как окончательное подтверждение получения твердой металлической фазы.
Как вы считаете, измерение какой физической величины полностью может развеять сомнение?
— Полученное вещество, несомненно, является твердым, так как для водорода известна кривая плавления. Вопрос в том, обладает ли оно металлическими свойствами. Самое прямое доказательство — измерение электропроводности или отражающей способности.
Могла бы помочь рамановская спектроскопия, хотя этим методом сложно исследовать металлы, так как рассеяние происходит только в приповерхностном слое, а не в толще кристалла. Возможно, неупругое рентгеновское рассеяние, но и с ним будут трудности, поскольку водород плохо рассеивает рентгеновские лучи. Водород хорошо рассеивает нейтроны, но нужен большой образец, а в данном случае говорить об этом не приходится. Также очень сильным подтверждением было бы решение рентгенодифракционным изучением кристаллической структур, но слабое рассеяние рентгеновских лучей атомами водорода опять же затрудняет проведение этого анализа.
— Вы разрабатываете методы предсказания фаз веществ с помощью компьютерного моделирования.
В вашей группе проводились расчеты для водорода?
— Нет, мы чистым водородом практически не занимались. Отчасти это связано с тем, что теория его описания недостаточно точна. Отчасти это связано с неполным описанием всех нужных эффектов, о которых мы говорили — а без этого расчеты могут оказаться бессмысленными. Впрочем, учитывая сложности экспериментального изучения водорода, наиболее перспективным может оказаться именно совместное теоретико-экспериментальное исследование.
— Каковы, на ваш взгляд, перспективы сохранения этой фазы в стабильном или метастабильном состоянии при уменьшении давления до атмосферного?
— Какие-то материалы сохраняются при снятии давления, а какие-то исчезают — точнее, превращаются в более стабильные и более обыденные состояния. Алмаз является одним из многих примеров веществ, образующихся под давлением и сохраняющихся при снятии давления. В случае металлического водорода шансов на сохранение при снятии давления практически нет.
Доля сомнения
Впрочем, представление прорывного открытия научному сообществу прошло не совсем гладко. Уже 26 января новостной портал журнала Nature опубликовал заметку под названием «Физики сомневаются в смелом сообщении о твердом водороде». Заголовок задал тон всей публикации: сомнения вызвала как новизна опыта, так и все открытие — однако Nature не давала особенно серьезных аргументов, предпочитая заявления в стиле «не верю». «Мне эта научная статья вообще не представляется убедительной», — сказал французский физик Поль Лубейр.
Американский геофизик Александр Гончаров не уверен, что блестящее вещество, которое увидели исследователи — это на самом деле водород (это может быть и оксид алюминия на поверхности алмазов в наковальне). Евгений Грегорьянц (Эдинбургский университет) считает проблемным то, что Диас и Сильвера только один раз произвели замеры своего образца под высоким давлением — остается неясным, как давление менялось в ходе эксперимента.
«Я знаю, что многие специалисты в области высоких давлений высказывают сомнения, указывая, что высокая отражательная способность металла может объясняться присутствием загрязнений в составе алмазов, например, окиси алюминия. Однако, если авторам удалось достичь давления почти в 500 миллионов атмосфер в алмазном прессе, то можно, действительно, ожидать переход водорода в металлическое состояние», — заявил профессор Маркус Кнудсон из Национальных лаборатории Сандии.
«Люди имеют право сомневаться, — считает Артем Оганов. — Такой предмет, как металлический водород, был предметом стольких попыток, сенсаций, разочарований, интриг всяких, войн и так далее. Это очень накаленный предмет. Поэтому люди будут сопротивляться и сомневаться до самого до самого последнего момента.
Я посмотрел статью Сильвера и Диаса. Конечно, у них мало данных. Но, если вы хотите мое интуитивное ощущение, мне кажется, что они водород этот нашли.
Претензии ведь не в том, что они сделали что-то неправильно, а в том, что они не поставили точку, убедив последнего скептика.
Артем Оганов
Профессор РАН, профессор Сколковского института науки и технологий
Я не вижу каких-то страшных противоречий, и вообще я не вижу никаких противоречий – между тем, что они опубликовали, и тем, что в общем я ожидал. Не вижу противоречий в давлении перехода, тот экспериментальный подход, который они использовали, мне кажется тоже совершенно разумным. Люди шли к такому эксперименту десятилетиями. Попытка воспроизвести и подтвердить или опровергнуть этот эксперимент займет, может быть, год-два-три и так далее. Но опять же будут скептики, будут люди, которые захотят иметь больше данных. Это неудивительно. Представьте, что есть несколько людей, которые всю жизнь стремились к получению металлического водорода. И представьте себе, вы видите, как на ваших глазах кто-то утверждает, что он эту цель уже достиг… Очень многие люди воспринимают это как свою личную победу или поражение».
Завершают свой текст авторы Nature таким пассажем: «несмотря на все позиции скептиков, в опубликованных Science и Гарвардским университетом пресс-релизах уверенно объявляется о получении металлического водорода».
Невольно появляется мысль: не появилась ли столь ядовитая по тону публикация в Nature News из-за зависти к конкуренту (Science), который получил честь впервые сообщить о великом открытии?
Авторы — Николай Кудряшов, Тимур Кешелава, Артем Космарский, Алена Манузина
Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.
Французские ученые получили металлический водород
https://ria.ru/20200131/1564104693.html
Французские ученые получили металлический водород
Французские ученые получили металлический водород — РИА Новости, 31.01.2020
Французские ученые получили металлический водород
Ученые получили экспериментальные доказательства фазового перехода водорода в металлическое состояние при давлении 425 гигапаскалей. Результаты исследования… РИА Новости, 31.01.2020
2020-01-31T13:36
2020-01-31T13:36
2020-01-31T13:36
наука
франция
космос — риа наука
открытия — риа наука
химия
физика
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.
img.ria.ru/images/7e4/1/1f/1564099421_0:0:1036:583_1920x0_80_0_0_235d3ad83eb73cc0c3953cb27030e9c1.jpg
МОСКВА, 31 янв — РИА Новости. Ученые получили экспериментальные доказательства фазового перехода водорода в металлическое состояние при давлении 425 гигапаскалей. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.Исследователи давно предположили, что водород при сильном давлении переходит в металл, и именно в таком состоянии он находится в ядрах планет — газовых гигантов типа Юпитера. Был даже рассчитан предел фазового перехода — 425 гигапаскалей, но способа создать такое гигантское давление до последнего времени не существовало.Французские ученые Пол Лубейр (Paul Loubeyre) и Флоран Оччелли (Florent Occelli) из Французской комиссии по атомной энергии (AEC) сумели усовершенствовать ячейку с алмазной наковальней — устройство, которое традиционно используется для создания сильного давления в экспериментах, так, что достичь давления 425 гигапаскалей стало возможным.В ячейке с алмазной наковальней образец помещается между двумя полированными алмазными наконечниками, которые сжимаются, создавая давление.
Авторы изменили дизайн алмазного наконечника — они сделали его в форме пончика с рифленым куполом. При высоких давлениях купол деформируется, но не ломается. Новое устройство, способное создавать давление до 600 гигапаскалей, было названо тороидальной ячейкой алмазной наковальни. Для контроля фазового состояния исследователи использовали луч инфракрасного света, направленный снизу и проходящий через отверстие в центре тороидальной ячейки. В обычном состоянии он беспрепятственно проходит через водород, но если встретится с металлом, будет заблокирован или отражен. Для этого, в сотрудничестве с Полом Дюма (Paul Dumas), сотрудником синхротрона SOLEIL, был разработан новый тип инфракрасного спектрометра.Авторы в своем исследовании доказывают теоретически, что согласно правилам квантования, металлический водород должен существовать. Они указывают, что если электроны какого-либо вещества ограничены в своем движении, то в конечном итоге произойдет то, что известно как «закрытие запрещенной зоны».
Другими словами любой изолирующий материал, в том числе водород, при определенном давлении станет проводящим металлом.Результаты эксперимента показали, что образец водорода, сжатый до 425 гигапаскалей при температуре 80 кельвинов (минус 193 градуса Цельсия) начал поглощать все инфракрасное излучение, что указывает на то, что «запрещенная зона» закрылась.Ученые уже планируют следующий эксперимент, в котором хотят доказать, что при 425 гигапаскалях образец водорода будет проводить электричество.В течение многих лет ученые искали способ создания металлического водорода синтетическим путем из-за весьма заманчивых перспектив его применения в электронике и в качестве легкого и энергоемкого ракетного топлива. Этот металл обладает сверхпроводящими свойствами при комнатной температуре, а самое главное — является метастабильным, то есть остается в твердом состоянии после возвращения к нормальному давлению.Металлический водород нужен и физикам, занимающимся исследованиями в области высоких энергий, аналогичных тем, которые в настоящее время проводятся в ЦЕРН, а также астрофизикам, которые впервые смогли бы изучить вещество, предположительно находящееся внутри планет-гигантов.
https://ria.ru/20191220/1562632949.html
https://ria.ru/20180717/1524752638.html
франция
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2020
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
1920
1080
true
1920
1440
true
https://cdnn21.img.ria.ru/images/7e4/1/1f/1564099421_130:0:907:583_1920x0_80_0_0_7ec199bc60c3b417319ee63c68f21104.
jpg
1920
1920
true
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
франция, космос — риа наука, открытия — риа наука, химия, физика
Наука, Франция, Космос — РИА Наука, Открытия — РИА Наука, Химия, Физика
МОСКВА, 31 янв — РИА Новости. Ученые получили экспериментальные доказательства фазового перехода водорода в металлическое состояние при давлении 425 гигапаскалей. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Исследователи давно предположили, что водород при сильном давлении переходит в металл, и именно в таком состоянии он находится в ядрах планет — газовых гигантов типа Юпитера.
Был даже рассчитан предел фазового перехода — 425 гигапаскалей, но способа создать такое гигантское давление до последнего времени не существовало.
Французские ученые Пол Лубейр (Paul Loubeyre) и Флоран Оччелли (Florent Occelli) из Французской комиссии по атомной энергии (AEC) сумели усовершенствовать ячейку с алмазной наковальней — устройство, которое традиционно используется для создания сильного давления в экспериментах, так, что достичь давления 425 гигапаскалей стало возможным.
В ячейке с алмазной наковальней образец помещается между двумя полированными алмазными наконечниками, которые сжимаются, создавая давление. Авторы изменили дизайн алмазного наконечника — они сделали его в форме пончика с рифленым куполом. При высоких давлениях купол деформируется, но не ломается.
Новое устройство, способное создавать давление до 600 гигапаскалей, было названо тороидальной ячейкой алмазной наковальни. Для контроля фазового состояния исследователи использовали луч инфракрасного света, направленный снизу и проходящий через отверстие в центре тороидальной ячейки.
В обычном состоянии он беспрепятственно проходит через водород, но если встретится с металлом, будет заблокирован или отражен. Для этого, в сотрудничестве с Полом Дюма (Paul Dumas), сотрудником синхротрона SOLEIL, был разработан новый тип инфракрасного спектрометра.
20 декабря 2019, 12:07Наука
Ученые считают, что в ядре Земли идет железный «снег»
Авторы в своем исследовании доказывают теоретически, что согласно правилам квантования, металлический водород должен существовать. Они указывают, что если электроны какого-либо вещества ограничены в своем движении, то в конечном итоге произойдет то, что известно как «закрытие запрещенной зоны». Другими словами любой изолирующий материал, в том числе водород, при определенном давлении станет проводящим металлом.
Результаты эксперимента показали, что образец водорода, сжатый до 425 гигапаскалей при температуре 80 кельвинов (минус 193 градуса Цельсия) начал поглощать все инфракрасное излучение, что указывает на то, что «запрещенная зона» закрылась.
Ученые уже планируют следующий эксперимент, в котором хотят доказать, что при 425 гигапаскалях образец водорода будет проводить электричество.
В течение многих лет ученые искали способ создания металлического водорода синтетическим путем из-за весьма заманчивых перспектив его применения в электронике и в качестве легкого и энергоемкого ракетного топлива. Этот металл обладает сверхпроводящими свойствами при комнатной температуре, а самое главное — является метастабильным, то есть остается в твердом состоянии после возвращения к нормальному давлению.
Металлический водород нужен и физикам, занимающимся исследованиями в области высоких энергий, аналогичных тем, которые в настоящее время проводятся в ЦЕРН, а также астрофизикам, которые впервые смогли бы изучить вещество, предположительно находящееся внутри планет-гигантов.
17 июля 2018, 11:02Наука
Россия создаст для сверхтяжелой ракеты двигатели на газе и водороде
Могут ли твердотельные накопители водорода стать серьезной альтернативой батареям?
Эта среда выделяет 99,99-процентный водород, который может питать электрические сети, водородные топливные элементы, автомобили или дизельные грузовики с водородным впрыском.
Бывший инженер-производитель компьютерных чипов Пол Смит основал Plasma Kinetics в 2008 году. Стартап из Аризоны разработал «твердотельное» хранилище водорода, по существу перенося газ на запатентованную пленку, намотанную в несколько слоев внутри канистры. Он говорит, что технология может бросить вызов батареям как по эффективности, так и по экологичности.
Когда пленка разматывается и проходит мимо лазера — пленка перемещается с одной катушки на другую, как кинопленка через проектор — твердотельный носитель выделяет 99,99-процентный чистый водород, который может питать электрические сети, водородные топливные элементы, автомобили, или дизельные грузовики с водородным впрыском. Plasma Kinetics утверждает, что ее система хранения на 30 процентов легче, на 7 процентов меньше и на 17 процентов дешевле, чем литий-ионная батарея на киловатт-час. Сообщается, что эти претензии привлекли капитал от таких компаний, как Toyota, хотя Смит отказался подтвердить какие-либо инвестиции.
Из-за этих успехов Plasma Kinetics пришлось приостановить свои планы (и патенты) почти на десятилетие, потому что Министерство обороны хотело стать лидером в применении методологии Смита к ракетным технологиям и другим военным приложениям. Теперь у технологии хранения водорода у стартапа может быть шанс бросить вызов аккумуляторному бизнесу и триллионам долларов, вложенным в него по всему миру.
Водород (h3) чаще всего получают паровой конверсией природного газа и электролизом воды. «Зеленый» водород производится, когда энергия ветра и солнца обеспечивает электроэнергию для расщепления воды на водород и кислород путем электролиза. Водород, произведенный этими процессами, должен быть сжат или сжижен, чтобы получить достаточно малый размер для практического хранения.
Газообразный водород обычно сжимается до более чем 2000 фунтов на квадратный дюйм, а в случае автомобилей на топливных элементах, таких как Toyota Mirai, до 10000 фунтов на квадратный дюйм. Для достижения таких высоких давлений требуется несколько стадий сжатия и охлаждения.
Plasma Kinetics утверждает, что их процесс обеспечивает ту же плотность хранения, что и сжатый газообразный водород с давлением 5000 фунтов на квадратный дюйм, но без сжатия, что исключает насосы, компрессоры и чиллеры.
Компания использует светочувствительный пленкообразный «нанофотонный» материал для поглощения водорода, намотанный в тысячи слоев внутри большой канистры. Каждый чрезвычайно тонкий слой имеет решетчатую структуру, которая связывает водород и не позволяет другим элементам мешать его поглощению. Процесс компании начинается с подключения «буферного резервуара» для производства водорода (в который изначально поступает газ электролиза или парового риформинга) к колпаку с входными и выходными трубами, расположенными на вершине 20-футового контейнера, который вмещает 70 канистр нанофотонного фильм.
По команде h3 выбрасывается из буферной емкости через колпак в основной контейнер, содержащий 70 канистр. Когда канистра распознает наличие газообразного водорода, внутри открывается клапан, позволяя газу течь внутрь.
Отрицательно заряженная нанофотонная пленка имеет сильное сродство к положительно заряженному h3, поглощая его за считанные минуты при простом атмосферном давлении.
«Если вы можете обеспечить 10 килотонн водорода в час системе Plasma Kinetics, она сможет поглотить все 10 килотонн», Смит говорит. «Это просто вопрос того, насколько вы хотите масштабироваться».
Независимо от источника, по словам Смита, результат h3 хранится в твердом состоянии. Компания ожидает, что к 2023 году будет производиться 28 кг h3 на кубический метр без необходимости использования давления или энергии для хранения водорода. Это может быть полезно в сложных батареях, относительно грязной технологии: Plasma Kinetics утверждает, что ее пленка для хранения и корпуса не требуют редкоземельных элементов.
К концу 2023 года будет готов прототип демонстрационной установки. Среди тех, кто хочет увидеть это, будет Стив Кристенсен, научный сотрудник Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Голдене, штат Колорадо, который тщательно изучил хранение водорода и предупреждает, что существуют препятствия для его внедрения.
Источник: PM
Краткий обзор методов хранения водорода в твердом состоянии – pv magazine International
Ученые сравнили методы хранения водорода и пришли к выводу, что физические методы ближе к коммерческой осуществимости, а методы на основе материалов имеют большой потенциал .
Эмилиано Беллини
Исследователи из французской компании Air Liquide, работающие в инновационном кампусе компании в Токио, проанализировали все материалы, которые можно было бы использовать для получения твердого водорода (H 2 ) для хранения, включая адсорбенты, гидриды металлов и химикаты, и рассмотрел все потенциальные области применения в соответствии с потребностями рынка.
В статье «Наноматериалы для твердотельных накопителей водорода на борту» — недавно опубликованной в International Journal of Hydrogen Energy — ученые сравнили преимущества и проблемы физических и материальных методов хранения водорода.
Смотрели сжатый H 2 , жидкий H 2 или холодная/криокомпрессия H 2 ; гидриды металлов, металлоорганические каркасы (MOF) и химические вещества H 2 .
Они пришли к выводу, что физические системы хранения водорода уже достигли коммерческой зрелости. Такие методы использовались в бортовых транспортных средствах, но ученые также признали проблему, связанную с тем, что они все еще не могут преодолеть текущие ограничения в цепочках поставок водорода.
Они отметили, например, что баки из углеродного композитного волокна все еще слишком дороги. Они также признали, что хранение жидкого водорода все еще слишком дорого, даже несмотря на то, что оно обеспечивает более высокую объемную плотность.
«Жидкий водород также страдает от неизбежного испарения, известного как выкипание, из-за низкой энтальпии испарения водорода и трудностей с эффективным управлением поступлением тепла по всей цепочке поставок», — пояснили они. «Кроме того, в процессе сжижения водорода в результате реакции превращения ортоводорода в параводород выделяется около 527 кДж/кг тепла».
Ученые заявили, что только несколько технологий на основе материалов кажутся близкими к прорыву.
Популярный контент
«Среди материалов для хранения водорода на основе адсорбентов, материалы на основе катализированного графена и материалы типа Кубаса на основе гидрида марганца представляются перспективными. Эти материалы способны поглощать и десорбировать водород при температуре окружающей среды», — заявили они, отметив, что их гравиметрическая и объемная плотность по-прежнему не могут конкурировать с современными системами хранения водорода, основанными на физических характеристиках.
Ученые также отметили большой потенциал гидридов металлов.
«Среди материалов для хранения водорода на основе гидридов металлов магний и гидриды на основе магния рассматривались как подходящие материалы для хранения водорода и привлекали огромное внимание в последние годы», — сказали они. «В основном это связано с большим содержанием магния (Mg) в земной коре, а также с высокой гравиметрической и объемной плотностью водорода гидрида магния (MgH 2 )».