Ученые из индийского Университета Амрита Вишва Видьяпитам, немецкого Исследовательского центра Юлиха и Технического университета Эйндховена в Нидерландах разработали усовершенствованные сплавы на основе титана, ванадия и хрома (TiVCr), способные эффективно накапливать и отдавать водород при комнатной температуре. Это открытие приближает создание надежных и экономичных водородных накопителей, которые могут быть использованы, например, в транспорте и системах хранения энергии от солнечных и ветровых электростанций.
Проблема, которую решали исследователи, заключается в том, что большинство металлогидридных материалов либо хранят мало водорода, либо требуют высоких температур для его освобождения. Сплав TiVCr считается одним из наиболее перспективных: он может поглощать до 4% водорода по массе, однако отдает его только при нагреве выше 300 °C. Это делает его непрактичным для применения в обычных условиях.
Чтобы решить эту задачу, ученые провели серию экспериментов с добавлением в сплав небольшого количества никеля (Ni) и ниобия (Nb). Были получены три состава: с 5% никеля, с 10% никеля и с 5% никеля + 5% ниобия. Эти материалы синтезировали методом дуговой плавки и исследовали их структуру, водородные свойства и поведение при различных температурах.
Результаты показали, что никель ускоряет начальное поглощение водорода, действуя как катализатор на поверхности сплава. При этом сплав с 10% никеля достиг максимальной емкости в 3% водорода по массе уже при комнатной температуре. Ниобий в свою очередь облегчает движение водорода внутри материала и снижает температуру, при которой водород начинает выделяться. Благодаря этому сплав с добавлением ниобия показал наилучшее высвобождение водорода, требующее минимальной энергии активации.
Кроме того, все полученные сплавы продемонстрировали стабильность структуры после многократных циклов «зарядки» и «разрядки» водородом. Это означает, что они потенциально могут использоваться в реальных системах, где материал должен долго служить без деградации.
Таким образом работа исследователей доказала, что рациональный подбор элементов в составе высокоэнтропийных сплавов позволяет целенаправленно улучшать их свойства. В данном случае — сделать шаг к созданию компактных, стабильных и энергоэффективных накопителей водорода, пригодных для эксплуатации при нормальных температурах и давлениях. Это открывает перспективы для развития экологически чистого транспорта, автономных энергетических систем и более широкого использования водорода как универсального энергоносителя.
