Исследовательская группа под руководством заведующего лабораторией медицинского материаловедения Сергея Аникеева в лаборатории ТГУ уже получила экспериментальные образцы такого монолитного материала и провела комплекс физико-химических исследований.
Проект поддержан грантом Российского научного фонда и рассчитан на три года (2025–2028), общий объем финансирования — 18 миллионов рублей.
Водородная энергетика — одно из перспективных направлений развития энергетики в мире. Эффективность обусловлена тем, что при сгорании водорода образуется только вода, а энергии он дает почти в три раза больше, чем бензин или природный газ. В «Энергетической стратегии РФ» до 2035 года водородная энергетика также названа одним из ключевых приоритетов. Поставленная задача — к 2030 году занять 20 процентов мирового рынка водорода.
Как объясняют ученые, основная проблема при работе с водородным топливом заключается в том, что водород трудозатратно и дорого хранить. Сейчас его хранят в композитных баллонах под высоким давлением или в специальных резервуарах при очень низких температурах. Оба способа взрывоопасны, требуют сложного оборудования и дорогостоящи.
«Металлогидридный способ хранения — один из наиболее безопасных и технологичных способов. Идея нашей разработки в том, чтобы атомы водорода проникали и сорбировались экспериментальным сплавом, а когда нужно водородное топливо — оно бы выделялось при нагревании. Это безопасно, компактно и дешевле, чем существующие способы хранения. Но необходимо найти материал, который будет хорошо сорбировать водород и не разрушаться при многократном использовании», — рассказал руководитель проекта, заведующий лабораторией медицинского материаловедения научного управления ТГУ, доцент кафедры физики металлов физического факультета Сергей Аникеев.
Проект ученых ТГУ направлен на разработку такого материала на основе интерметаллического соединения Ti₂Ni — титана и никеля. В его кристаллической решетке есть крупные пустоты, куда внедряются атомы водорода. Для этого материала известно сразу шесть различных гидридных соединений, то есть он способен накапливать довольно много водорода.
При этом свойства исходного соединения Ti₂Ni можно модифицировать с помощью различных химических элементов. Чтобы улучшить его свойства, исследователи планируют добавить в состав хром и медь. Эти элементы выбраны, поскольку медь создает в структуре дополнительные дефекты, которые ускоряют проникновение водорода, а хром делает гидриды более стабильными и защищает материал от разрушения.
К настоящему времени в лаборатории ТГУ методом литья уже получены экспериментальные образцы монолитного материала на основе Ti₂Ni с добавками меди и хрома. Проведен комплекс физико-химических исследований: изучены структурные особенности экспериментального материала, определены его фазовый состав, смачиваемость и микротвердость. Полученные данные позволили установить корреляции между структурой, фазовым составом, характером смачивания и механическими свойствами образцов.
Ученые планируют сравнить три разных способа получения такого материала. Первый — классическое литье, когда сплав плавят в индукционной печи и получают массивные слитки. Второй — современные аддитивные технологии: нанесение тончайших пленок с последующей обработкой электронным пучком. Это позволяет создавать покрытия и поверхностные сплавы с очень высокой чистотой. Третий способ — порошковая металлургия: смесь порошков титана и никеля спекают при высокой температуре, получая пористый или гранулированный материал.
Затем во все полученные образцы введут водород — электрохимическим способом в разных средах: кислой, нейтральной и щелочной. Исследователи будут менять параметры электрохимической реакции (плотность тока, время и температуру), чтобы понять, в каких условиях материал работает лучше всего. Одновременно проверят коррозионную стойкость: сможет ли сплав выдержать многократные циклы сорбции-десорбции водородом без разрушения.
Среди задач исследования — выяснить влияние водорода на структуру экспериментального материала, а также с высокой точностью определить объем водорода после десорбции. Образцы будут нагревать, фиксируя температуру, при которой водород начинает выделяться. Это ключевой параметр для будущих систем хранения.
В ТГУ планируют определить оптимальную концентрацию хрома и меди, по результатам исследований выбрать лучший способ получения нового материала и разработать научно-технологические основы создания функциональных сплавов — носителей водорода.
