Тема: Композиты на основе гидрида магния и углеродных нанотрубок для металлогидридных систем очистки и хранения водорода

Актуальность темы исследования. В настоящее время во всем мире остро стоят проблемы ресурсосбережения, выработки и хранения энергии [1, 2]. Не менее актуальными являются проблемы экологии, связанные с высокими выбросами двуокиси углерода и других потенциально вредных газов в атмосферу [3, 4]. В контексте декарбонизации энергетической системы за последние годы наблюдается значительный рост интереса со стороны исследователей, правительства и промышленных предприятий к разработке и использованию новых энергоэффективных и экологически чистых технологий производства, хранения, транспортировки и потребления энергии.
Согласно современным тенденциям развития энергетической системы Российской Федерации и зарубежных стран, в качестве эффективного и экологически чистого энергоносителя предлагается использовать водород [5, 6]. Водород нетоксичен, обладает большой удельной теплотой сгорания (около 140 МДж/кг) и может быть получен из различных источников, включая ископаемое топливо, биомассу или воду [7]. Топливные элементы, работающие на водороде, могут быть установлены как в небольшие мобильные системы, так и в стационарные энергоустановки. При этом водородные технологии могут быть достаточно легко интегрированы с электроэнергетической системой, работающей на других альтернативных источниках тока, для обеспечения балансировки нагрузки. Наличие экологически-чистых технологий получения водорода, а также возможность запасания энергии в водороде с его последующим применением в топливных элементах определяют перспективность развития водородной энергетики. Основные усилия мирового сообщества направлены на решение задач удешевления производства водорода, а также разработки экономически обоснованных и безопасных систем очистки, компримирования, транспортировки и хранения водорода [8, 9].
Одним из оптимальных решений для очистки, компримирования и хранения водорода с точки зрения безопасности, универсальности и эффективности является применение металлогидридов [10, 11]. Очистка водорода от примесей двуокиси углерода, азота и других примесных газов может производиться путем пропускания водородосодержащего газа через металлогидридную засыпку, селективно поглощающую водород. В дальнейшем водород высокой чистоты можно получить последующей термостимулированной десорбцией, а давление водорода на выходе можно регулировать температурой нагрева. Обычно в таких системах применяются низкотемпературные гидриды интерметаллических соединений типа AB5 и AB2, обладающие высокой циклической стабильностью и позволяющие использовать теплоноситель с температурами менее 150 °C для осуществления процессов сорбции/десорбции водорода. К преимуществам такой технологии очистки водорода относится относительная простота применения, работа при малых давлениях и температурах, а также высокая чистота и низкие потери водорода [12].
Сжатие водорода может производиться за счет гистерезиса сорбции-десорбции водорода гидридообразующими материалами, возникающим из-за остаточной пластической деформации в результате скачкообразного изменения объема металлической решетки при обратимом переходе от насыщенного а-раствора к Р-гидриду, в результате чего поглощение водорода происходит при большем давлении и температуре. У таких систем компримирования водорода имеется ряд преимуществ, включающих в себя отсутствие движущихся частей, что ведет за собой отсутствие вибраций и шума, относительная простота реализации, высокое давление на выходе и более низкие затраты на техническое обслуживание [13].
Хранение водорода в связанном состоянии в металлогидридах является одним из безопасных и экономически эффективных методов [14]. Кроме того, большое разнообразие гидридообразующих металлов и интерметаллических соединений, а также наличие большого множества способов технической реализации систем хранения водорода являются главными преимуществами хранения водорода в связанном состоянии по сравнению с другими способами его хранения. К современным гидридообразующим материалам, способным аккумулировать водород, относят различные системы на основе редкоземельных металлов, сплавы на основе титана, циркония, магния и др. [15-17]. Однако, несмотря на многообразие гидридообразующих металлов и соединений, реализация металлогидридных систем хранения водорода сопряжена с рядом затруднений, связанных с необходимостью балансировки и оптимизации свойств материала-накопителя водорода и характеристик металлогидридного реактора. Так, к гидридообразующим материалам предъявляется ряд требований, который включает в себя необходимость наличия у материала-накопителя высокой емкости и циклической стабильности. Кроме того, такой материал должен легко активироваться и обладать быстрой скоростью сорбции и десорбции водорода. При этом система хранения водорода должна быть тщательно спроектирована и оптимизирована с учетом свойств тепломассопереноса в металлогидридной засыпке и равновесного давления для конкретного материала-накопителя водорода [18, 19]. Так, локальный нагрев в сочетании с большим тепловым эффектом реакции поглощения водорода может являться причиной агломерации частиц материала-накопителя водорода и вызывать кризис тепломассопереноса, в результате чего производительность системы хранения водорода резко снижается [20, 21]. В связи с этим, в металлогидридных системах с низкотемпературными гидридообразующими металлами, такими как LaNi5 и TiFe, от засыпки отводится тепло во время процесса сорбции водорода и производится ее нагрев во время процесса десорбции. Для высокотемпературных материалов-накопителей водорода рекомендуется поддержание температуры максимума выхода водорода, определяемой методом температурно-программируемой десорбции водорода, что является достаточно сложной технической задачей. В связи с этим исследование твердотельных водород-аккумулирующих материалов и проектирование конструкции металлогидридных систем являются одними из наиболее актуальных и перспективных направлений в области водородной энергетики.
Из всего многообразия гидридообразующих металлов значительное внимание уделяется к материалам-накопителям на основе магния. Магний обладает низкой стоимостью и низкой плотностью и как следствие небольшой массой, а также высокой емкостью хранения водорода в его гидриде, теоретическая величина которой может достигать 7,6 масс.%, что удовлетворяет общим требованиям по емкости [22]. Исходя из данных преимуществ, материалы-накопители водорода на основе магния являются наиболее подходящими для выполнения своей роли. Однако гидрид магния обладает невыдающейся кинетикой реакции сорбции/десорбции, а также высокой энергией активации данных реакций, в результате чего для реализации поглощения и выделения водорода требуется подведение высокой температуры к металлогидридной засыпке (около 350-400°C) [23, 24]. Это затрудняет применение магния/гидрида магния в качестве материала-накопителя водорода.
Для решения вышеперечисленных проблем, свойственных магнию и его гидриду, применяются различные каталитические добавки на основе переходных металлов IV группы и их оксидов, наноуглеродные материалы и металлорганические каркасные структуры [25-28]. Одной из возможных каталитических добавок, показавших значительное улучшение характеристик гидрида магния при совместном измельчении в планетарной мельнице, являются углеродные нанотрубки (УНТ). Так, добавление УНТ к гидриду магния способствует снижению температуры и ускорению процессов сорбции и десорбции водорода, а также увеличению циклической стабильности [29-31]. Авторы статей и других научных работ связывают положительное воздействие УНТ с каталитическим эффектом наночастиц, содержащихся в нанотрубках, а также особенностями самих углеродных нанотрубок. При этом одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) могут быть легко синтезированы в больших масштабах, что делает данный материал одним из наиболее подходящих с точки зрения экономической эффективности. Однако, несмотря на относительно большое количество информации и научной литературы, посвященной изучению водородсорбционных свойств материалов-накопителей на основе магния, для их эффективного применения необходима дополнительная информация, включающая в себя определение механизма взаимодействия материала с водородом, анализ взаимосвязей между компонентами состава магний - катализатор, выявление реакций системы на изменения внешних параметров, таких как температура и давление, а также оценку поведения металлогидридной засыпки в эксплуатационных условиях с учетом термодинамических характеристик системы хранения водорода. Изучение влияния методики подготовки композита, а также определение оптимального для емкости, температуры и скорости сорбции соотношения магния и углеродных нанотрубок так же являются актуальными вопросами.
Помимо улучшения свойств гидридообразующего материала-накопителя водорода за счет применения катализаторов, характеристики системы хранения водорода могут быть усовершенствованы за счет тщательно спроектированной конструкции металлогидридной системы и организации эффективного теплообмена. В активированном состоянии материалы- накопители водорода представляют собой мелкодисперсные порошки с крайне низкой эффективной теплопроводностью [32]. Эффективный тепломассоперенос в металлогидридной засыпке и оптимизированные размеры компонентов конструкции позволяют снизить общий вес системы и повысить производительность металлогидридной системы за счет увеличения количество массы металлогидридной засыпки, прореагировавшей с водородом. Многие современные исследования направлены на оптимизацию конструкции металлогидридных систем и подбор методов усовершенствования теплообмена в металлогидридной засыпке [3336].
Применение теплообменников, таких как прямые, спиральные и U-образные тепловые трубки с теплопередающими поверхностями (ребрами), является самым распространенным, простым и эффективным методом для решения проблем тепломассопереноса в металлогидридной засыпке. Неоспоримыми преимуществами теплообменников является гибкость и большая вариативность геометрий теплообменников и теплопередающих поверхностей, а также возможность подачи как нагревающей жидкости через трубки теплообменника, так и охлаждающей жидкости. Для выявления наилучшего решения, позволяющего обеспечить высокую производительность металлогидридной системы хранения водорода, необходимо решать оптимизационные задачи с учетом занимаемого объема и массы теплообменника [36, 37]. В научной литературе особую роль в решении проблем оптимизации играет численное моделирование, основанное на решении дифференциальных уравнений в частных производных. При этом рассматриваются внешние и внутренние продольные/поперечные ребра, кожухи, тепловые трубки и нагреватели. Для высокотемпературных гидридообразующих металлов, таких как магний, целесообразно использовать резистивный нагреватель для осуществления поглощения водорода металлогидридной засыпкой [38-41]. Стоит отметить, что применение методов цифрового моделирования и 3Д-прототипирования для оптимизации и изготовления элементов теплообменной системы позволяют существенно повысить эффективность работы металлогидридных систем хранения водорода.
Принимая во внимание все вышеперечисленное, для создания эффективных систем аккумулирования и хранения водорода необходимо исследовать как материалы-накопители водорода с каталитическими добавками, определяющими такие свойства, как емкость, циклическая стабильность, температура и давление сорбции/десорбции водорода, так и оптимизировать конструкцию металлогидридной системы и теплообменника с учетом эффективности теплообмена в металлогидридной засыпке.
Степень разработанности темы диссертационного исследования. Благодаря высокой важности и долгой истории изучения вопросов, связанных с определением закономерностей взаимодействия водорода с функциональными материалами и разработкой материалов- накопителей водорода, в настоящее время имеется огромное количество публикаций как по разработке и улучшению свойств материалов для хранения водорода, так и по оптимизации металлогидридных систем очистки, компримирования и хранения водорода. Значительный вклад в данной области внесли научные группы под руководством Чернова И.П, Тюрина Ю.И., Лидера А.М., Вербецкого В.Н., Дуникова Д.О., Габиса И.Е., Рабкина Е.И., Яртыся В.А., Лотоцкого М.В., Пропилевского Л., Шао Х., Чена К., Мао Ж., Ву К., Афзала М. и многих других. Однако, рассматривая системы аккумулирования и хранения водорода на основе гидрида магния и углеродных нанотрубок, вопросам определения механизмов взаимодействия водорода с композитами MgH2-YHT и подбору параметров теплообменника для металлогидридных систем на основе данного композита уделялось лишь ограниченное внимание. Из-за наличия как данных о положительном эффекте углеродных нанотрубок, так и публикаций, в которых каталитический эффект при добавлении YHT к магнию не наблюдался, роль углеродных нанотрубок в процессе гидрирования/дегидрирования порошка магния и механизмы, лежащие в основе осуществления процессов сорбции и десорбции водорода композитом, до сих пор остаются предметом обсуждения исследователей . Кроме того, актуальным является повышение теплообмена в металлогидридной засыпке и выбор теплообменника для определенных металлогидридных систем, особенно для систем на основе высокоемких гидридообразующих металлов и сплавов, единого решения для которых еще не получено.
Таким образом, для реализации технических решений в области эффективного и экологически чистого хранения энергии в форме водорода актуальной задачей является проведение комплексных фундаментальных и прикладных исследований, направленных на усовершенствование свойств материала-накопителя водорода на основе нескольких материалов с созданием композита и оптимизацию конструкции металлогидридных реакторов, оснащенных теплообменником. В связи с этим, целью настоящей работы являлась выявление закономерностей влияния параметров синтеза, условий гидрирования/дегидрирования
композита MgH2-OVHT и конструкции теплообменной системы на характеристики
взаимодействия композита с водородом.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) Выбор оптимальных параметров синтеза композитов на основе гидрида магния и углеродных нанотрубок для снижения энергии активации десорбции водорода.
2) Формирование композита на основе гидрида магния и углеродных нанотрубок методом механохимического синтеза и изучение морфологии поверхности, элементного состава, особенностей фазовых переходов и эволюции дефектной структуры синтезированного композита при термостимулированной десорбции водорода.
3) Экспериментальное определение характеристик взаимодействия водорода с композитом на основе гидрида магния и углеродных нанотрубок.
4) Установление механизмов влияния углеродных нанотрубок на водородсорбционные и десорбционные свойства магния и гидрида магния.
5) Моделирование системы очистки и хранения водорода на основе разработанного композита при помощи численных методов.
Научная новизна работы.
1. Впервые произведена оценка фазовых переходов и эволюции дефектной структуры композитной системы на основе гидрида магния и углеродных нанотрубок при помощи методов in situ в процессе термостимулированной десорбции.
2. Впервые показано, что для композита на основе гидрида магния и углеродных нанотрубок наблюдается десорбция водорода при температурах, ниже температуры диссоциации гидрида магния.
3. Впервые показано, что внедрение углеродных нанотрубок в структуру гидрида магния приводит к формированию дефектной структуры в области внедрения.
4. Продемонстрировано, что добавление углеродных нанотрубок к гидриду магния приводит не только к улучшению теплообмена, но и к снижению энергии активации процессов сорбции и десорбции водорода.
Положения, выносимые на защиту.
1. Энергия активации диссоциации гидрида магния в композите, который представляет собой частицы гидрида магния со средним размером 3 ± 1 мкм и пучки нанотрубок со средней длиной 20 ± 10 мкм, равномерно распределенные по объему композита, составляет 162 ± 8 кДж/моль H2, что на 15 % ниже по сравнению с энергией активации десорбции водорода из гидрида магния (189 ± 1 кДж/моль H2).
2. Формирование композита на основе гидрида магния и углеродных нанотрубок приводит к снижению энергии активации на 13-17% и увеличению скорости сорбции/десорбции водорода на 10-26%, по сравнению с гидридом магния, за счет образования новых центров зарождения гидридной/металлической фазы.
3. Диссоциация водородсодержащих дефектов, сформированных в результате внедрения углеродных нанотрубок в гидрид магния, приводит к низкотемпературному выходу водорода в процессе нагрева композита при температурах существенно ниже (230 240С'), чем температура разложения гидрида магния (370-380С).
4. Разработанные оригинальная конструкция испытательной ячейки и методика верифицируют результаты численного моделирования тепло- и массопереноса в металлогидридной системе на основе гидрида магния с углеродными нанотрубками и теплообменными элементами.
Объекты исследования. Магний и гидрид магния, а также композит на основе гидрида магния и одностенных углеродных нанотрубок.
Предмет исследования. Методики и закономерности синтеза композитов на основе гидрида магния и углеродных нанотрубок, определение основных характеристик взаимодействия водорода с композитом, изучение морфологии, элементного состава, исследование изменения фазового состава и эволюции дефектной структуры в процессе проведения термостимулированной десорбции водорода из композита.
Практическая значимость работы
Практическая значимость подтверждается выполнением следующих научноисследовательских работ:
1. Научный проект «Выделение, очистка, компримирование и хранение водорода» в рамках дополнительного соглашения между ТПУ и Министерством науки и высшего образования Российской Федерации № 075-15-2023-375 от 3 апреля 2023 года, Приоритет-2030- НИП/ЭБ-041-375-2023.
2. Грант РНФ "Разработка научно-технических основ проектирования металлогидридных систем хранения водорода с применением методов цифрового моделирования и 3D прототипирования" в рамках соглашения между ТПУ и Российским Научным Фондом № 22-29-01280 от 18 января 2022 и 2023 года, 0.0009.РНФ.2022.
3. Государственное задание «Наука», проект №FSWW-2023-0005 по теме: «Разработка и применение радиоизотопных источников для анализа функциональноградиентных материалов водородной и ядерной энергетики».
4. Государственное задание «Наука», проект №FSWW-2021-0017 по теме: «Лаборатория перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем».
5. Государственное задание «Наука», проект №FSWW-2020-0017 по теме: «Позитронная спектроскопия изменений дефектной структуры в процессе воздействия водорода на новые функциональные материалы».
6. Научный проект № ВИУ-ОЭФ-177/2020, финансируемый из средств субсидии Программы повышения конкурентноспособности Томского политехнического университета в 2020 году, "Формирование и исследование новых функциональных композитов на основе металл-органических каркасов (MOFs), углеродных наноматериалов и гидридообразующих металлов для разработки эффективных материалов-накопителей водорода".
7. Научный проект № ВИУ-ОЭФ-66/2019, финансируемый из средств субсидии Программы повышения конкурентноспособности Томского политехнического университета в 2019 году, "Разработка научно-технических основ контроля структурно-фазовых изменений и деградации эксплуатационных свойств материалов ядерной и водородной энергетики".
Методология и методы исследования. Использовалась методология, заключающаяся в применении большого количества взаимодополняющих экспериментальных методов исследования и статистическая обработка результатов. В качестве объекта экспериментального исследования выступает композитная система на основе MgH2 и одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) Tuball. Синтез композита осуществлялся в шаровой планетарной мельнице.
В данной работе использовались следующие методы исследования структуры и свойств: сканирующая электронная и просвечивающая микроскопия, энергодисперсионный анализ, рентгеноструктурный анализ, методы допплеровского уширения аннигиляционной линии и спектроскопии времени жизни позитронов.
Определение содержания водорода осуществлялось методом плавления в автономной электродной печи в среде инертного газа. Наводороживание магния, исследование водородсорбционных и десорбционных свойств, а также получение спектров термостимулированной десорбции водорода из композитов осуществлялось на автоматизированном комплексе типа Сиверста с квадрупольным масс-спектрометром. Рентгеноструктурный анализ образцов проводился путем анализа дифрактограмм, полученных на дифрактометре с высокоскоростным широкоугольным детектором. Для расчетов трехмерной модели системы хранения водорода использовался пакет программ Comsol Multiphysics 6.1 с применением метода конечных элементов.
Достоверность результатов, полученных в работе, подтверждается применением современных методов исследований с достаточной воспроизводимостью измерений, а также обработкой экспериментальных данных на современном оборудовании. Статистическая обработка полученных результатов проводилась с необходимым количеством повторных измерений с сопоставлением данных с результатами, полученными другими исследователями.
Исследования проводились с использованием верифицированных методик с применением откалиброванных установок и средств измерений. Полученные результаты не противоречат имеющимся в научной литературе данным и сформированном представлении о материалах - накопителях водорода на основе гидрида магния и углеродных нанотрубок. Опубликованные в рейтинговых изданиях материалы по теме исследования также свидетельствуют о достаточной апробации, подтверждающей достоверность полученных результатов.
Личный вклад автора. Участие в постановке целей и задач. Сбор и анализ современного состояния науки и техники по исследованиям применения гидрида магния с каталитическими добавками для хранения водорода, а также использования методов повышения теплопередачи в металлогидридной засыпке. Синтез композита на основе гидрида магния и углеродных нанотрубок. Участие в проведении экспериментов по изучению сорбционно-десорбционных свойств гидрида магния и композита на основе гидрида магния и углеродных нанотрубок. Участие в проведении методических и позитронно-аннигиляционных экспериментов на управляемом газовом реакторе. Численное моделирование металлогидридной системы с резистивным нагревателем и теплообменными элементами. Обработка и анализ результатов измерений на основе существующих представлений в области физики конденсированного состояния.
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования были представлены на следующих конференциях: Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», Томск, Россия, 2021, 2022 2023; XIV Международная научно-практическая конференция «Современные
проблемы машиностроения», Томск, Россия, 2021; Международная Школа молодых ученых и специалистов им. А.А. Курдюмова «Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами» (IHISM), 2022, 2023; Международная конференция «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии», Томск, Россия, 2022; Всероссийская научно-практическая конференция «Математическое и экспериментальное моделирование физических процессов», Биробиджан, Россия, 2022; VII Всероссийская научная конференция «Теплофизика и физическая гидродинамика», Томск, Россия, 2022.
Публикации. Материалы, полученные в ходе подготовки данной диссертационной работы, были изложены и опубликованы в 15 научных статьях, в том числе в 2 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК, и в 13 статьях в изданиях, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science) и «Скопус» (Scopus).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и литературы. Общий объем диссертации составляет 142 страницы, включая 53 рисунка, 12 таблиц, 258 библиографических источников.

Купить

Заключение и основные выводы по работе
Диссертационная работа посвящена выявлению закономерностей влияния параметров синтеза, условий гидрирования/дегидрирования композита МдНт-ОУНТ и конструкции теплообменной системы на характеристики взаимодействия композита с водородом. Для синтеза композитов были выбраны оптимальные параметры, приводящие к равномерному распределению УНТ и углеродных наночастиц в композите.
Показано, что частицы полученного композита MgH2-5 масс.% ОУНТ покрыты углеродными нанотрубками, часть из которых внедрена в поверхность MgH2. Установлено, что температура выхода водорода из композита MgH2-5 масс.% ОУНТ составляет 408 °С, что на 39 °С меньше, чем температура выхода водорода из гидрида магния (447 °С). Выявлено, что при ступенчатом нагреве в процессе термостимулированной десорбции наблюдаются низкотемпературные максимумы интенсивности выхода водорода. Энергия активации десорбции водорода из композита на основе гидрида магния и УНТ составляет 162 ± 1 кДж/моль Н2, что на 15% меньше, чем у гидрида магния MgH2 (189 ± 1кДж/ моль Н2). Низкотемпературные максимумы интенсивности выхода водорода не характерны для порошка MgH2. Появление низкотемпературных максимумов интенсивности выхода водорода из композита гидрида магния и УНТ связано с образованием особой морфологии включенных в матрицу магния углеродных нанотрубок и может быть объяснено несколькими механизмами: 1) ускорение механоактивации и наноструктуририрования частиц гидрида магния, заключающееся во взаимном трении УНТ в осевом направлении и частиц порошка; 2) повышение теплопроводности композита с УНТ по сравнению с гидридом магния; 3) снижение энергии диссоциации гидрида магния в присутствии УНТ и наночастиц металлического катализатора (железа в данном случае); 4) измельчение и внедрение нанотрубок в частицы порошка, приводящее к образованию диффузионных каналов в виде УНТ.
Установлено, что добавление УНТ к порошку Mg и MgH2 с последующей активацией приводит к смещению импульсного распределения аннигиляции позитронов в низкоэнергетическую область. Дегидрирование композита MgH2-5 масс.% ОУНТ сопровождается появлением трех максимумов интенсивности выхода водорода при температурах: 136, 288 и 396 °С. При этом выход водорода при термическом отжиге композита приводит к резким изменениям параметров позитронной аннигиляции, что связано как с фазовым превращением MgH2 - Mg, так и с образованием структурных дефектов. Дефекты являются необратимыми при температуре 425 °С, а их накопление происходит как в металлической матрице, так и в УНТ. Было доказано, что водород способен десорбироваться из композита до основной стадии разложения MgH2 в интервале температур (80-300) °C в атмосфере аргона.
В результате моделирования показано, что добавление большего количества ребер положительно влияет на скорость нагрева засыпки гидрида металла. Тем не менее, большое количество ребер занимают больший объем. Установлено, что для рассматриваемой металлогидридной системы наибольший вклад в среднюю температуру засыпки и прореагировавшую массовую долю, определяемую через 60 мин, вносит добавление трех ребер. Среди рассмотренных геометрий радиальные и сложные ребра показали оптимальную скорость нагрева и преобразования. Однако радиальные ребра предпочтительнее из-за их меньшего объема и простоты изготовления. Металлогидридная засыпка в системе, снабженной нагревателем и тремя радиальными ребрами, смогла поглотить водород и достигнуть 90%-го насыщения за 121 минуту. Добавление углеродных нанотрубок в эту конфигурацию системы сокращает время зарядки на 57 минут. Однако этот результат достижим только при добавлении большой массовой доли углеродных нанотрубок, что приводит к уменьшению количества загружаемого материала-накопителя водорода. В связи с этим для рассматриваемой металлогидридной системы определено оптимальное содержание углеродных нанотрубок и количества ребер - порядка (5-10) масс.% и три радиальных ребра, соответственно.
Таким образом, разработанные подходы к комплексному изучению композитных материалов-накопителей водорода на основе гидрида магния и углеродных нанотрубок, включающие в себя методы исследования микроструктуры, структурно-фазового анализа, сорбционных и десорбционных свойств по водороду, эволюции дефектной структуры и фазовых превращений in situ в процессах поглощения и выделения водорода, а также оценки поведения металлогидридных систем аккумулирования и хранения водорода на основе данных материалов с использованием методов численного моделирования, предоставляют исчерпывающие результаты, демонстрирующие высокий уровень качества исследований. Полученные в диссертационной работе данные будут востребованы организациями, проводящими исследования в области водородного материаловедения, и могут быть ориентированы как на усовершенствование текущих решений в области перспективной энергетики в Российской Федерации, так и послужить заделом на новые. Результаты исследований новых и перспективных накопителей водорода, а также систем хранения водорода на их основе, позволяют разработать технологические подходы формирования, управления и прогнозирования, обеспечивающие свойства и характеристики установок, применяемых в рамках конкретных задач и проектов.
В заключении автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю, кандидату технических наук, доценту Кудиярову В.Н., а также коллективу Отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий Национального исследовательского Томского политехнического университета за помощь в организации экспериментов, участие в обсуждении полученных результатов. Отдельную благодарность автор выражает сотрудникам Отделения за поддержку и неоценимую помощь: Лаптеву Р.С., Пушилиной Н.С.

Купить