| Аннотация |
Проект направлен на создание новых композитов на основе гидрида магния, наноразмерного порошка никеля, полученного методом электрического взрыва проводников (ЭВП), и углеродных теплопроводящих добавок (углеродные нанотрубки, терморасширенный графит, графен), для изготовления высокоэффективных систем хранения водорода, обладающих высокой емкостью по водороду, отличной кинетикой процессов зарядки/разрядки водородом в сочетании с устойчивостью к многократным циклам гидрирования/дегидрирования и низкими температурой и давлением эксплуатации. Применение наноразмерных ЭВП-порошков обусловлено их уникальной структурой и свойствами, а также положительным влиянием никеля на характеристики взаимодействия водорода с гидридом магния, показанным в ряде работ, в том числе в работах коллектива настоящего Проекта. Применение метода электрического взрыва проводников позволяет получать быстро, экономично и при необходимости в большом количестве наноразмерные порошки различных металлов и сплавов с контролируемыми в процессе получения структурой и свойствами. Добавление углеродных материалов (углеродные нанотрубки, терморасширенный графит, графен) позволяет улучшить кинетику реакции сорбции и десорбции водорода, повысить теплопроводность засыпки, а также ингибировать агломерацию при циклических процессах сорбции/десорбции водорода, что важно при создании систем хранения водорода большой емкости для обеспечения требуемых характеристик по скоростям зарядки и разрядки водородом.
Актуальность проекта в аспекте получения фундаментальных знаний обусловлена отсутствием системных исследований влияния расположенных на поверхности атомов никеля и углерода на атомную и электронную структуру гидрида магния. В настоящем Проекте в рамках теории функционала электронной плотности методом псевдопотенциала будет установлен характер химических связей между компонентами композита, рассчитаны энергии связи, выполнено моделирование процессов адсорбции и десорбции атомов водорода для выявления физических основ взаимодействия водорода с примесными атомами в обоснование оптимальных составов композитов. В прикладном аспекте актуальность исследования обосновывается необходимостью создания экономичных и высокоэффективных материалов и систем хранения водорода, которые обладают требуемыми для условий реальной эксплуатации свойствами по результатам установления взаимосвязи сорбционных характеристик композитов с их структурно-фазовым состоянием, элементным составом и морфологией поверхности.
Новизна исследования состоит в комплексном подходе к оценке роли структуры и механизма ее влияния на процессы накопления водорода в композитах на основе гидрида магния, ЭВП-наноразмерных порошков никеля и углеродных добавок. Мало сведений о взаимосвязи эффективности накопления водорода композитом на основе магния с добавлением наноразмерных ЭВП-порошков никеля и углеродных добавок с их структурой (изменение атомной и электронной структуры, влияние элементного и фазового состава, морфологии поверхности, химических связей и наноразмерных кластеров). Отсутствуют данные о влиянии предварительной активационной обработки на структурно-фазовое состояние и сорбционные характеристики композитов. На настоящий момент в открытом доступе имеется мало работ, направленных на создание композитов на основе гидрида магния, ЭВП-порошков никеля и углеродных добавок при этом комплексных исследований подобных композитов никем ранее не проводилось. Таким образом, разработка физико-химических основ создания композитов на основе гидрида магния, наноразмерных порошков никеля, полученных методом электрического взрыва проводников, и углеродных теплопроводящих добавок (углеродные нанотрубки, терморасширенный графит, графен), позволит изготовить экономичные и высокоэффективные металлогидридные композитные материалы и системы хранения водорода на их основе, которые необходимы в рамках развития водородной энергетики Российской Федерации.
|
