Новая жидкость может упростить транспортировку и хранение водорода

Исследователи из EPFL и Университета Киото создали стабильную жидкость, богатую водородом, путем смешивания двух простых химических веществ. Этот прорыв может сделать хранение водорода при комнатной температуре проще, безопаснее и эффективнее.

Водород может стать экологически чистым топливом будущего, но внедрить его из лаборатории в повседневную жизнь непросто. Большинство материалов, богатых водородом, остаются твердыми при комнатной температуре или становятся жидкими только в экстремальных условиях, таких как высокое давление или низкие температуры.

Даже такие материалы, как борановый аммиак, твердое, богатое водородом соединение, способное накапливать большое количество водорода, являются сложными, поскольку они выделяют водород только при нагревании, что часто приводит к образованию нежелательных побочных продуктов.

Создание жидкости, богатой водородом, которая остается стабильной при нормальных температурах, может значительно упростить хранение и транспортировку водорода. Фактически, предпринимались попытки улучшить хранение водорода путем изменения химического состава существующих материалов для хранения или добавления веществ, которые облегчают выделение водорода.

Одной из перспективных областей являются глубокие эвтектические растворители (DESs), которые представляют собой смеси, плавящиеся при более низких температурах, чем их ингредиенты. Это важно для хранения водорода, поскольку DESs может превращать твердые материалы, богатые водородом, в простые в обращении жидкости при гораздо более низких температурах. Однако до сих пор ни в одном из этих DESS не использовались гидридные компоненты, которые особенно богаты водородом и могут открыть новые способы хранения большего количества водорода в жидкой форме.

Ученые из группы профессоров Андреаса Зюттеля (Andreas Züttel) из EPFL и Сатоши Хорике (Satoshi Horike) из Университета Киото разработали первый образец DES на основе гидрида: прозрачную, стабильную жидкость, богатую водородом, которая остается жидкой при комнатной температуре. Новый DES может содержать до 6,9% водорода по массе, что превышает несколько технических показателей по хранению водорода, в том числе установленные Министерством энергетики США на 2025 год.

Чтобы получить новый DES, исследователи физически смешали боран аммиака и борогидрид тетрабутиламмония в разных количествах, чтобы определить, какая комбинация (комбинации) останется жидкой при комнатной температуре. При правильном соотношении (от 50% до 80% борана аммиака) получалась стабильная жидкость, которая оставалась аморфной, то есть снова не образовывала кристаллов даже при низких температурах.

С помощью спектроскопии исследователи подтвердили, что молекулы образуют прочные водородные связи, разрушающие их обычную твердую структуру и сохраняющие смесь в жидком состоянии при температуре до минус 50°C. Испытания показали, что новая жидкость способна выделять водород при нагревании всего до 60°C, что намного ниже, чем у большинства твердых веществ, богатых водородом. Это означает, что доступ к водороду становится более легким и эффективным, что делает хранение и использование намного более практичным для реальных применений.

Этот новый DES может значительно упростить и обезопасить хранение и транспортировку водорода. Вместо того, чтобы полагаться на резервуары высокого давления или сверххолодные жидкости, промышленность могла бы использовать стабильные и простые в обращении носители водорода комнатной температуры.

Помимо хранения водорода, эти результаты могут привести к созданию новых жидкостей для других целей, таких как химическое производство или экологичная энергетика. Открытие открывает новые направления как для исследований водорода, так и для практических энергетических технологий.