Inżynierom materiałowym udało się pozbyć kłopotliwej pasywnej warstwy tlenkowej, która wytwarza się na powierzchni stopów wodorochłonnych. Warstwa ta, w ocenie świata naukowego, utrudnia pierwszą absorpcję wodoru. Zespół z Wydziału Nowych Technologii i Chemii WAT usunął ją, mieszając intensywnie sam proszek pod ciśnieniem wodoru. W młynku planetarnym cząstki zderzały się i ocierały o siebie wzajemne. To spowodowało aktywację fazy międzymetalicznej FeTi i pozwoliło na pełne jej nawodorowanie. W efekcie - świeża powierzchnia została wystawiona na działanie wodoru.

To kolejny krok w stronę efektywnego magazynowania wodoru, m.in. w pojazdach – podano w informacji na stronie uczelni. Aby wyjaśnić sens swojego odkrycia, autorzy publikacji nakreślają jego historyczny kontekst.

PROBLEMATYCZNA PIERWSZA ABSORPCJA WODORU

Jak tłumaczą w ramach cyklu „Najlepsze publikacje”, świat naukowy od dawna poszukuje metod efektywnego magazynowania wodoru. Obecnie przemysł samochodowy stosuje na szeroką skalę wysokociśnieniowe butle (350 i 700 bar). Jednak kierowcy i pasażerowie podświadomie boją się urządzeń, które gromadzą paliwo gazowe pod wysokim ciśnieniem.

Rozwiązaniem problemu miały być materiały absorbujące wodór w fazie stałej - znane są one już od połowy XX wieku. Pozwalają, przy ciśnieniu rzędu kilku bar, gromadzić większe ilości tego gazu w tej samej objętości niż butle.

Posiadają one jednak poważną wadę. Materiały te nie są dostatecznie pojemne względem swojej masy i całego układu magazynującego i za wolno pochłaniają i oddają wodór. Dodatkowo, większość z nich wymaga czasochłonnej i energochłonnej aktywacji. Innymi słowy, nie da się przeprowadzić pierwszej absorpcji wodoru bez wielu zabiegów, m.in. wygrzewania w próżni oraz w atmosferze wodoru w temperaturze rzędu 400 stopni Celsjusza.

Za głównego winowajcę uznano pasywną warstwę tlenkową. Wytwarza się ona na powierzchni stopów wodorochłonnych i powoduje problemy z pierwszą absorpcją. Dlatego badacze w wielu ośrodkach próbują wykorzystać dodatki stopowe lub w inny sposób modyfikują stopy, żeby nie wykonywać skomplikowanych aktywacyjnych zabiegów technologicznych.

"Czasem przynosi to efekty, ale zawsze skutkuje zmniejszeniem maksymalnej pojemności stopu i przeważnie zwiększeniem ceny" - tłumaczą naukowcy WAT.

PROSTE REMEDIUM NA KŁOPOTY Z WARSTWĄ TLENKOWĄ

"Jeśli to prawda, że pasywna warstwa na powierzchni utrudnia pierwszą absorpcję wodoru, to pozbycie się tej warstwy poprzez mechaniczne ścieranie w atmosferze wodoru, pozwoli na ekspozycję świeżej powierzchni na jego działanie i w efekcie reakcję" - taką roboczą hipotezę postawili: dr Abhishek Kumar Patel, dr inż. Dariusz Siemiaszko, dr inż. Julita Dworecka-Wójcik i dr hab. inż. Marek Polański.

Wykonali oni swój plan poprzez intensywne mieszanie samego proszku pod ciśnieniem wodoru w młynku planetarnym. Wzajemne ocieranie się cząstek w wyniku ich zderzeń wystarczyło i spowodowało aktywację fazy międzymetalicznej FeTi zgodnie z założeniami pozwalając na pełne jej nawodorowanie.

"W ten prosty sposób, po kilkudziesięciu latach rozwiązany został problem aktywacji złóż wodorochłonnych. Można powiedzieć, że wystarczyło wstrząsnąć i zamieszać" - podsumowują autorzy artykułu "Just shake or stir. About the simplest solution for the activation and hydrogenation of an FeTi hydrogen storage alloy", który ukazał się w czasopiśmie International Journal of Hydrogen Energy.

Badania były prowadzone i będą kontynuowane w ramach projektów OPUS Narodowego Centrum Nauki.

Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk