Сборник тезисов докладов

Водород. Технологии. Будущее 

23–24 декабря 2020 г.  

 

 

40 

 

ВОДОРОДГЕНЕРИРУЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ГИДРИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 

О.В. Нецкина, О.В. Комова, А.М. Озерова, В.И. Симагина 

ФГБУН «Федеральный научный центр «Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН», Новосибирск, 

E-mail:

netskina@catalysis.ru

  

Сокращение запасов традиционного углеводородного топлива, увеличение капиталовложений на 

освоение новых месторождений,  возрастающая потребность в утилизации парниковых газов повышают 

конкурентоспособность  технологий  получения  энергии  из  возобновляемых  источников.  Из-за 

непостоянства 

природных 

факторов 

выработка 

энергии 

солнечными 

батареями, 

ветроэлектрогенераторами, малыми ГЭС, волновыми, приливными и геотермальными электростанциями 

имеет суточную и сезонную периодичность. Основным направлением решения данной проблемы является 

запасание  энергии,  но  аккумуляторные  хранилища  дороги  и  недолговечны,  поэтому  аккумулирование 

электроэнергии  в  водородном  цикле  выступает  в  качестве  основного  сценария  перехода  мировой 

энергетики  к безуглеродным энергоносителям. Чрезвычайно  низкая  плотность  и высокая коррозионная 

активность водорода ставит вопрос его перевода в компактное состояние, например, в виде химических 

соединений.  Среди  них  гидриды  занимают  лидирующие  позиции  по  содержанию  водорода,  который 

можно получать двумя способами: термолизом и гидролизом. 

Наибольшее внимание в изучении термических процессов получения водорода уделяется вопросу 

снижения температуры газогенерации и повышения её скорости для MgH

2

, AlH

3

, LiAlH

4

, NaAlH

4

, NH

3

BH

3

 

и  LiBH

4

.  В  настоящий  момент  предлагается  увеличить  подвижность  водорода  в  гидридах  за  счет 

повышения  его  дисперсности,  дефектности  кристаллической  решетки,  формирования  дополнительных 

центров  адсорбции/десорбции  и  спилловера  водорода  за  счет  введения  каталитических  добавок. 

Негативным  последствием  повышения  реакционной  способности  гидридов  выступает  их  высокая 

чувствительность  к  кислороду  и  влаге  воздуха,  что  может  привести  к  пассивации  поверхности, 

неконтролируемой  газогенерации  или  воспламенению.  Этих  серьезных  недостатков  лишен  процесс 

получения  водорода  при  разложении  амминборана  (NH

3

BH

3

),  который  в  присутствии  катализаторов 

(солей и оксидов железа, никеля, кобальта и меди) и незначительного количества воды позволяет достичь 

высоких значений водородной емкости – 7,6 мас% за 20 минут при 85 C. При этом управлять процессом 

газогенерации  можно  с  помощью  фотокатализаторов  (0,06%Ag/TiO

2

),  которые  выступают  в  качестве 

«оптических инициаторов» разложения гидридов, в том числе под видимым светом. 

В  отличие  от  термических  методов  гидролиз  гидридов  обеспечивает  получение  водорода  при 

температурах  окружающей  среды  без  дополнительного  нагрева,  т.к.  взаимодействие  их  с  водой 

сопровождается выделением большого количества тепла. Наиболее низкий тепловой эффект наблюдается 

при  гидролизе  боргидрида  натрия  (NaBH

4

).  Учитывая  его  высокую  водородную  емкость  (10,5  мас%)  и 

стабильность на воздухе было предложено использовать  этот гидрид для создания твердых источников 

водорода  –  «водородных»  таблеток.  За  счет  введение  в  их  состав  катализаторов  процесс  генерации 

водорода  начинается  сразу  после  добавления  воды  из  любого  природного  источника.  Состав  воды  не 

влияет на  чистоту  получаемого водорода.  Согласно данным ИК спектроскопии и хроматографического 

анализа,  образующийся  газ  содержит  только  незначительное  количество  паров  воды  и  может  без 

дополнительной  очистки  и  увлажнения  подаваться  в  анодное  пространство  топливного  элемента. 

Управлять  скоростью  выделения  водорода  из  боргидрида  натрия  можно  путем  варьирования  природы 

катализатора,  его  количества,  дисперсности,  морфологии  и  других  физико-химических  свойств.  На 

сегодняшний день поиск активных, но дешевых катализаторов является одним из основных направлений 

развития исследований твердофазных водородаккумулирующих материалов на основе боргидрида натрия, 

что  позволит  снизить  количество  каталитической  добавки  в  водородаккумулирующем  материале,  и, 

соответственно,  увеличить  его  водородную  емкость.  Наиболее  часто  в  состав  твердофазных 

водородгенерирующих  композиций  добавляют  соединения  кобальта,  которые  сочетают  высокую 

активность в процессе гидролиза боргидрида натрия с приемлемой ценой. Меньшая скорость генерации 

водорода наблюдается в присутствии никелевых катализаторов, но ведутся исследования, направленные 

на  увеличение  их  активности,  поскольку  из-за  востребованности  в  производстве  литиевых  источников 

питания стоимость кобальта в 6 раз превышает стоимость никеля. 

Для  применения  «водородных»  таблеток  ведутся  исследования,  направленные  на  создание 

газогенераторов на основе реакторов проточного и автоклавного типов. Некоторые из них уже  прошли 

успешные  испытания  на  совместимость  с  топливными элементами  и термоэлекторопреобразователями. 

Был создан газогенератор для заправки водородом метеорологических зондов объемом 1,5 м

3

 в течение 15 

минут. При его испытаниях была достигнута скорость газогенерации более 100 л водорода в минуту. 

 

Исследование  выполнено  при  финансовой  поддержке  РФФИ  в  рамках  научного  проекта  

№ 19-08-00599.  

Водород. Технологии. Будущее 

23–24 декабря 2020 г.  

 

 

41 

 

жүктеу/скачать 6,55 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: