Инженеры-энергетики продолжают искать альтернативы ископаемому топливу, способные снизить выбросы парниковых газов и замедлить изменение климата. Одним из наиболее перспективных направлений считается водород, который рассматривается как экологически чистый энергоноситель для транспорта и промышленности.
Водородные топливные элементы способны напрямую преобразовывать химическую энергию в электричество без процесса сгорания. Такая технология может заменить двигатели внутреннего сгорания и особенно востребована в сегменте тяжёлого транспорта — автобусах, грузовиках и поездах. Однако ключевым препятствием остаётся безопасное и энергоэффективное хранение водорода.
Одним из решений являются так называемые водородные носители — материалы, способные поглощать и высвобождать газ. Среди них выделяется борогидрид лития (LiBH₄), обладающий высокой ёмкостью хранения водорода. При выделении газа материал проходит процесс дегидрирования, превращаясь в бор и гидрид лития (LiH). Для повторного использования требуется обратная реакция — гидрирование, однако она протекает крайне трудно из-за низкой реакционной способности продуктов.
Группа исследователей из Чжэцзянского университета, Фуданьского университета и других научных центров предложила новый подход, позволяющий запускать гидрирование при комнатной температуре. Работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
Учёные создали нанокомпозиты, состоящие из ультратонких частиц LiBH₄ и нанокластеров никеля размером около 3 нанометров. По их данным, именно сочетание этих компонентов позволяет существенно изменить реакционную способность материала.
Согласно исследованию, после дегидрирования в структуре формируются нанокластеры бора и LiH, расположенные на расстоянии 5–10 нанометров друг от друга, тогда как никелевые кластеры сохраняют стабильность. Никель выполняет ключевую функцию: он ускоряет расщепление молекул водорода на атомы и ослабляет связи в структуре бора, облегчая обратную реакцию.
Как отмечают авторы работы, решающим фактором является наличие высокореактивных поверхностных атомов бора, которые получили название «шиповые атомы». Их доля увеличивается при уменьшении размеров частиц, что делает ультратонкие структуры более эффективными для хранения и регенерации водорода.
В ходе экспериментов исследователи продемонстрировали, что восстановление LiBH₄ возможно при температуре около 30 °C и давлении водорода 100 бар — значительно ниже, чем в традиционных подходах, требующих высокотемпературного нагрева и больших энергозатрат.
Разработка может стать основой для создания нового поколения материалов для хранения водорода, пригодных для практического применения в энергетике. В перспективе такие технологии способны ускорить внедрение водородных топливных систем и сделать транспортировку водорода более эффективной на больших расстояниях.
