Томские ученые разработали систему математического моделирования проницаемости и взаимодействия водорода с другими элементами высокоэнтропийных ниобий-содержащих сплавов.
Исследование проводится при поддержке программы Минобрнауки «Приоритет 2030». По данным пресс-службы ТПУ, сплавы, созданные благодаря математической модели, более эффективны в эксплуатации и менее затратны в производстве.
Зачем нужны фильтры для очистки водорода
Чистый водород используют для водородных топливных элементов, так они прослужат стабильнее и дольше. Но водород, получаемый перспективными и экономически выгодными способами, например, конверсией природного газа, газификацией угля, пиролизом промышленных отходов, имеет в своем составе очень большое количество примесей.
Разработка эффективных фильтров для очистки водорода — актуальная задача для водородной энергетики и науки в целом. Одним из наиболее эффективных и устойчивых к водороду мембранных материалов является палладий и его сплавы. Но применение таких мембран в промышленном производстве нецелесообразно ввиду их высокой стоимости.
Поэтому политехники моделируют и синтезируют высокоэнтропийные сплавы, содержащие ниобий, никель, кобальт и ряд других элементов.
Высокоэнтропийные сплавы обладают набором уникальных свойств за счет так называемого коктейльного эффекта от разных элементов. Они образуют единую кристаллическую решетку, не испытывают фазовых превращений в широком диапазоне температур. Варьируя состав сплава, мы можем менять микроструктуру и кристаллическую решетку материала для улучшения проницаемости водорода при относительно низких температурах.
Во время прохождения газа через мембранный фильтр молекула водорода при нагреве диссоциирует на атомы. Единичные атомы водорода проникают в материал и диффундируют в кристаллической решетке.
Пройдя через металл, они снова соединяются в молекулу на внешней поверхности, где и получается чистый водород. Этот процесс зависит от того, как быстро движется водород в кристалле и как много водорода может вобрать в себя материал.
В рамках реализации проекта ученые Томского политеха разработали новые численные модели, позволяющие проводить оценку подвижности водорода при прохождении через многокомпонентные и высокоэнтропийные сплавы, содержащие ниобий.
Они позволят ученым проводить выбор и оптимизацию сплавов с низкой энергией активации сорбции и десорбции водорода, а также фазовой стабильностью в широком диапазоне температур для последующего создания металлических мембран нового поколения на основе высокоэнтропийных сплавов.
Сейчас на главной
Эксперты рассказали о главных вызовах для авиационной отрасли
На площадке в Москве установлены 18 зарядных станций мощностью до 240 кВт
Платные зоны будут работать 11 января по режиму воскресенья
Продажи страховок такого типа начались весной 2025 года
Регистрация и внедрение модели займут полтора года, но разрозненные архивы усложняют процесс
Прирост промышленных запасов нефти составил 490 млн тонн
Кроссовер позволит обеспечить маржинальность автозавода
Каждый четвёртый спонсированный фондом проект приходится на эту отрасль
Установка научной аппаратуры на российском сегменте МКС запланирована на весну 2026 года
Станция «Академическая» получила современные панели с оперативным обновлением маршрутов
Жертвы переводят деньги, думая, что это просьба родственников или сотрудников банка
Перспективы промышленной разработки оценят в ходе государственной программы геологоразведки