О возможности увеличения водородоемкости пористых сред за

УДК 530.1(06) Молекулярно-селективные и нелинейные явления и процессы
С.В. САВОСЬКИН
Научные руководители – И.М. КУРЧАТОВ, А.В. КРЮКОВ
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Открытое акционерное общество "Аквасервис", Москва
О ВОЗМОЖНОСТИ УВЕЛИЧЕНИЯ ВОДОРОДОЕМКОСТИ ПОРИСТЫХ СРЕД ЗА СЧЕТ
МОДИФИКАЦИИ
ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОР
Исследования по анизотропному переносу газа в пористых средах с модификацией внутренней
поверхности пор позволяют делать предположение о возможности повышения водородоемкости хранилищ
водорода в этих материалах.
Водород является идеальным носителем энергии (как мобильного, так и стационарного использования),
который рассматривается для будущих технологий, таких как применение топливных элементов в
автомобилестроении. Хранение водорода, несомненно, является одной из ключевых проблем в развитии
водородной экономики. Много усилий было сделано для получения новых водородных систем хранения,
таких как пористые материалы (металлы), простые или сложных гидриды и углеродные наноструктуры,
которые удовлетворяли бы условиям коммерческого применения данных технологий. Основной проблемой
при реализации топливных элементов как источника энергии, является малое массовое содержание
водорода в материалах-хранилищах водорода [1]. В работе рассмотрены эффекты, связанные с
анизотропным переносом газа в пористых средах с модифицируемой внутренней поверхностью пор,
использование которых помогут помочь увеличить объемное содержание водорода в твердотельных
материалах.
В последнее время для ряда мембранных процессов используются мембраны и пористые блочные
материалы с нанометровыми каналами с диаметром 10-100 нм. Движение газа в таких каналах
характеризуется значительной долей свободно-молекулярного течения. Действительно, длина свободного
пробега при нормальных условиях для большинства газов составляет порядка 100 нм, то есть, соизмерима с
характерными размерами каналов мембран. При этом влияние на течение газа соударений молекул со
стенками пор заметно возрастает.
Особую роль при этом играет характер взаимодействия молекул газа с внутренней поверхностью пор.
Предполагается, что возникновение анизотропных (несимметрических) явлений газопереноса и катализа
обусловлено специфическим взаимодействием молекул газа с поверхностью (рассеяние на шероховатостях
внутренней поверхности пор) в режиме свободно-молекулярного течения [2].
Экспериментально исследован эффект несимметрического переноса газа в пористых средах, состоящих
из двух слоев (пористого и селективного). Для этого производились измерения проницаемости образцов
полимерной мембраны ПВТМС и мембран из нитрида бора синтезированных методом СВС-технологии [3].
Обнаружены «гистерезисные зависимости», когда проницаемости образцов зависят от направления
изменения перепада давления на мембране. Эти зависимости наиболее четко выражены в
градиентнопористых мембранах, т.е. в мембранах с изменением размеров пор и пористостей по толщине
мембраны.
В результате исследований проницаемости образцов мембран на основе промышленной асимметричной
газоразделительной мембраны ПВТМС, было обнаружено явление обратной анизотропии, когда
проницаемость в случае подачи газа на селективный нанопористый слой больше, чем при подаче газа на
нанопористую подложку. Величина эффекта анизотропии увеличивается с ростом перепада давления [4].
Можно предположить, что это связано с объемной сорбцией газа в микропорах пористой подложки. Суть
этого явления заключается в том, что в микропорах адсорбционные потенциалы поверхности пересекаются,
что приводит к увеличению глубины потенциальной ямы. Увеличение глубины потенциальной ямы
приводит к тому, что молекулы газа сорбируются в объеме микропор сильнее, чем на открытой
поверхности.
Работа выполнена при финансовой поддержке Федеральной целевой программы «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России», проекты П372 и П755.
Список литературы
1. Б. П. Тарасов, В. В. Бурнашева, М. В. Лотоцкий, В. А. Яртысь “Методы хранения водорода
и возможности использования металлогидридов” ISJAEE #12,2005
2. И.М. Курчатов, Н.И. Лагунцов, М.В. Цодиков, А.С. Федотов, И.И. Моисеев Природа
анизотропии проницаемости и каталитической активности. Кинетика и катализ, 2008, т. 49, №1, с.
129-135
УДК 530.1(06) Молекулярно-селективные и нелинейные явления и процессы
3. Курчатов И.М., Лагунцов Н.И., Тронин В.Н., Уваров В.И., Боровинская И.П. О механизме
несимметрического газопереноса в анизотропных пористых средах. Доклады академии наук. Серия:
физика, 2008, том 419, №1, с. 38-40
4. I.M. Kurchatov, N.I.Laguntsov, A.Y.Okunev, G.I.Pisarev, V.N.Tronin, V.I.Uvarov. ARS Sep.
ACTA №. 5,2007.