Новый композитный материал, созданный на основе модифицированного графита, разработали специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ). Эта разработка направлена на решение задачи безопасного хранения и транспортировки водорода. 
«Специалисты Пермского политеха впервые в мире создали новый композитный материал на базе модифицированного графита для хранения и транспортировки водорода. Технология его производства безопасна, управляемая и основана на отечественных компонентах. Это открывает перспективы для создания нового поколения легких, прочных и герметичных емкостей для российской водородной инфраструктуры», — отметили в ПНИПУ.
По словам исследователей, молекула водорода очень мала, и под высоким давлением она проникает в металл, что приводит к его «водородному охрупчиванию». Поэтому традиционные стальные емкости и трубопроводы являются ненадежными и опасными. Хотя сам водород не относится к парниковым газам, его выброс в атмосферу косвенно способствует изменению климата. При сгорании водорода образуется только вода без вредных выбросов, поэтому этот газ считается топливом будущего. Однако в настоящее время он значительно дороже традиционных видов топлива, таких как бензин или природный газ, что связано с высокой стоимостью его хранения и транспортировки — в настоящее время отсутствуют технологичные, безопасные и недорогие накопители, способные эффективно удерживать водород, не позволяя ему утекать или разрушать материал.
Исследователи Пермского политеха предложили использовать терморасширенный графит для этих целей — доступный, легкий и высокопористый углеродный материал. Он получается путем быстрого нагрева химически обработанного графита, в результате чего он вспучивается, увеличивается в объеме и образует многочисленные микропоры. Такая структура обеспечивает ему выдающуюся впитывающую способность, которая уже долгое время используется в промышленности, например, для сбора нефтяных разливов. Для надежного удержания водорода требуется очень чистый и предсказуемый по структуре терморасширенный графит.
Как был получен новый материал
«Ключевая идея заключается в использовании развитой пористой структуры терморасширенного графита в качестве “каркаса” или носителя для специальных добавок, которые будут эффективно блокировать водород. Для создания такого материала с заданными свойствами мы разработали новую методику, позволяющую синтезировать и модифицировать его даже в полевых условиях с помощью специального пиротехнического состава», — рассказала заведующая кафедрой «Технология полимерных материалов и порохов» ПНИПУ, профессор, доктор технических наук Людмила Хименко.
Для обеспечения безопасного срабатывания, длительного срока хранения и формирования идеальной пористой структуры, исследователи подобрали три компонента. По словам Хименко, первый компонент — гексацианоферрат калия — это добавка- «огнетушитель», которая подавляет излишнее пламя, делая реакцию спокойной и безопасной. Второй компонент — карбоксиметилцеллюлоза, она предотвращает впитывание влаги и обеспечивает сохранность смеси при хранении. А третий компонент — графеновый материал — помогает сформировать более совершенную структуру. «Также один из компонентов состава обрабатывали дополнительными окислителями, что позволило полностью исключить отказ срабатывания состава. Все эти вещества недорогие и производятся в России», — добавила профессор.
На втором этапе в поры полученного терморасширенного графита внедряются соединения-барьеры — оксиды алюминия или хрома. Затем этот модифицированный наполнитель вводится в полимерную матрицу вместе с алюминиевым порошком, что создает многоуровневую защиту. Такая структура позволяет значительно повысить устойчивость к действию водорода полимерных покрытий в резервуарах и трубопроводах.
В ПНИПУ отметили, что на основе разработанного материала можно создавать прочные и легкие композитные емкости, способные надежно удерживать водород, что является важным шагом к практическому и экономичному использованию водородного топлива в России. Исследование проводилось при финансовой поддержке Минобрнауки России.
Фото: hi-tech.mail.ru