Выпускник МФТИ Шамов Иван Дмитриевич – сотрудник Лаборатории металлогидридных энерготехнологий – зачислен в аспирантуру ФИЦ ПХФ и МХ РАН по специальности 1.3 Физические науки. Утвержденная тема диссертационной работы «Новые композитные материалы на основе модифицированного интерметаллида TiFe и системы хранения водорода на их основе». Научный руководитель – Тарасов Борис Петрович – заведующий Комплексом лабораторий водородного материаловедения.
Выпускник ФФФХИ МГУ им. М.В. Ломоносова Шмалий Сергей Владимирович – сотрудник Лаборатории металлогидридных энерготехнологий – зачислен в аспирантуру ФИЦ ПХФ и МХ РАН по специальности 1.4 Химические науки. Утвержденная тема диссертационной работы «Новые металлогидридные композиционные материалы для никель-металлогидридных источников тока». Научный руководитель – Володин Алексей Александрович – старший научный сотрудник Лаборатории металлогидридных энерготехнологий.
Студентка Ивановского государственного университета Горячева Екатерина Александровна зачислена в Лабораторию металлогидридных энерготехнологий, где будет выполнять магистерскую работу «Композитные электроды состава LaNi4.45Al0.55−УНТ для Ni-MH источников тока». Руководитель – Володин Алексей Александрович – старший научный сотрудник Лаборатории металлогидридных энерготехнологий.
Руководитель Лаборатории металлогидридных энерготехнологий, созданной в рамках Мегагранта, Лотоцкий М.В. по приглашению организаторов сделал пленарный и секционный доклады на XVIII Международном симпозиуме «Теоретические и инженерные решения водородной энергетики» – HYdrogen POwer THeoretical & Engineering Solutions International Symposium (HYPOTHESIS XVIII) (23–25 октября 2023 г., Университет им. Султана Кабуса, г. Мускат, Оман). Серия симпозиумов HYPOTHESIS (http://hypothesis.ws) является ведущим мировым форумом ученых и инженеров, а также представителей промышленности и правительственных учреждений для обсуждения последних достижений в области возобновляемых источников энергии и водородных энерготехнологий. Тематика HYPOTHESIS XVIII охватывает исследовательские и технологические аспекты фундаментальных основ, материалов, моделирования и разработки систем для производства водорода, электролиза с использованием ВИЭ, выделения и очистки водорода, хранения водорода, водородной инфраструктуры, технологий топливных элементов и их применения, хранения и преобразования тепла с использованием водорода, технологий преобразования энергии в топливо, оценки жизненного цикла и устойчивости водородных энерготехнологий, водородной экономики, безопасности, стандартов и правил, дорожных карт развития и других политических решений. М.В. Лотоцкий является членом научного Оргкомитета Симпозиума.
М.В. Лотоцкий выступил с пленарным докладом «Использование металлогидридов в водородной энергетике» (Applications of metal hydrides in hydrogen energy), подготовленным в соавторстве с членом научного коллектива Б.П. Тарасовым. Представленный обзор современного состояния работ в области исследования и применения металлогидридов в водородной энергетике был выслушан с большим интересом. По окончании доклада М.В. Лотоцкий дал исчерпывающие ответы на многочисленные вопросы слушателей.
Лотоцкий М.В. сделал также устный секционный доклад «CFD моделирование процессов тепломассообмена в металлогидридной системе хранения водорода с учетом изменений структуры металлогидридного слоя» (CFD simulation of heat and mass transfer processes in a metal hydride hydrogen storage system, taking into account changes in the bed structure), подготовленный в соавторстве с К.Б. Минко (МЭИ) и Б.П. Тарасовым (ФИЦ ПХФиМХ РАН). В докладе представлены новые результаты работ в рамках Мегагранта, направленных на оптимизацию процессов тепломассообмена в металлогидридных системах аккумулирования водорода.
Председатель оргкомитета следующей конференции серии HYPOTHESIS, профессор университета г. Хиросима, Т. Ичикава (T. Ichikawa), пригласил М.В. Лотоцкого и членов научного коллектива Лаборатории представить результаты проведенных ими работ на конференции HYPOTHESIS XIX, которая состоится с 14 по 18 июля 2024 г. в г. Хиросима (Япония).
На базе Орловского государственного университета по инициативе Министерства науки и высшего образования Российской Федерации под эгидой Десятилетия науки и технологий прошли V Международная конференция «Наука будущего» и VIII Всероссийский молодежный научный форум «Наука будущего – наука молодых 2023» – ежегодное масштабное мероприятие.
Его отличительной чертой является междисциплинарная научная повестка, благодаря которой у исследователей есть возможность принять участие в мероприятиях, как по отдельным научным направлениям, так и по смежным дисциплинам. В работе принимали участие представители Минобрнауки России, Администрации Президента, Государственной думы, Российской академии наук и Российских научных фондов, около 200 известных ученых из России и других стран. Общее количество участников мероприятий превысило 600 человек.
Научная программа предусматривала проведение более 50 панельных дискуссий, круглых столов, научных докладов, пленарных заседаний, лекций, семинаров и мастер-классов ведущих ученых, представителей фондов и бизнеса. Форум «Наука будущего – наука молодых» был направлен на укрепление образовательных и научных связей между поколениями ученых, формирование у молодежи представления о науке, способе самореализации и пути успешного построения карьеры.
Одной из целей проводимой конференции являлось публичное представление результатов, полученных в рамках программы «Мегагранты». Сотрудники лаборатории сделали на секции «Транспорт и энергетика» доклад «Водородные и металлогидридные энерготехнологии», в котором были обоснованы необходимость перехода к «безуглеродной энергетике» и актуальность водородных и металлогидридных энерготехнологий, представлены результаты исследований Комплекса лабораторий водородного материаловедения и Лаборатории металлогидридных энерготехнологий, созданной в ФИЦ ПХФ и МХ в рамках Мегагранта. Доклад вызвал большой интерес слушателей: как известных ученых, так и молодых специалистов, аспирантов и студентов.
Патент на полезную модель № 220568: Патентообладатель – ФИЦ ПХФ и МХ РАН; Авторы: Тарасов Б.П., Арбузов А.А., Можжухин С.А., Володин А.А., Фурсиков П.В., Лотоцкий М.В.; Заявка № 2023108442 от 05 апреля 2023 г., Дата госрегистрации 21 сентября 2023 г.
Полезная модель относится к водородной энергетике, а именно к устройствам для компактного и безопасного хранения водорода в связанном состоянии в виде металлогидридов. Хранение осуществляется за счет обратимого взаимодействия с водородом металлов, сплавов и интерметаллических соединений. На основе таких материалов можно создавать устройства для аккумулирования водорода, которые при внешнем давлении водорода выше равновесного давления образования гидридов или при внешней температуре ниже равновесной температуры дегидрирования поглощают водород, а при давлении водорода ниже равновесного давления разложения гидридов или при температуре выше равновесной температуры дегидрирования выделяют водород. Использованный в устройстве металлогидридный материал на основе легированного алюминием LaNi5 характеризуется пониженными равновесными давлениями гидридообразования, что дает возможность поглощения водорода атмосферного давления при комнатной температуре и его выделения под давлением выше 2 атм при нагреве до 60–90˚C. Улучшение кинетики абсорбции/десорбции водорода достигается за счет добавки к металлогидридному материалу никельсодержащего углерод-графенового катализатора. Предлагаемый состав материала и оригинальная конструкция аккумулятора обеспечивают поглощение 1 м3 водорода под давлением 1 атм при температуре 10–20˚C и его выделение при 60–90˚С со скоростью 6–8 л/мин.
В работе приведены результаты исследования взаимодействия композитов MgH2 с графеноподобным или никель-графеновым материалом, полученных механохимической обработкой в атмосфере водорода, с водой и растворами лимонной кислоты различной концентрации. Установлено, что взаимодействие водного раствора лимонной кислоты с композитами характеризуется высокой скоростью: 98%-ный выход водорода достигается при мольном соотношении MgH2:лимонная кислота = 1:1. Разработано устройство для получения компримированного водорода из композитов, которое может быть использовано в автономных мобильных установках для генерации водорода под высоким давлением с последующей его заправкой в баллоны.
По результатам исследований процесса взаимодействия гидрида магния с водными растворами органических кислот, сотрудниками лаборатории в соавторстве с коллегами из ЮАР и КНР опубликована научная статья в международном журнале 2-го квартиля Inorganics:
Результаты исследований позволили выявить влияние соотношения кислота / MgH2 и pH на кинетику процесса реакции и тем самым разработать эффективный метод контроля скорости генерирования водорода в данном процессе. Разработан прототип генератора компримированного водорода путем гидролиза магния и его гидрида в водном растворе лимонной кислоты. Результаты испытаний прототипа показали возможность генерации водорода под давлением до 100 атм с выходом 86 и 83% от теоретического выхода реакции гидролиза Mg и MgH2, соответственно.
Серия симпозиумов mESC-IS является форумом ведущих мировых специалистов для обсуждения достижений в областях: (1) аккумуляторы и суперконденсаторы, (2) электролизеры и топливные элементы, (3) водородное хранение и транспортировка энергии. На симпозиуме mESC-IS 2023, состоявшемся с 17 по 21 июля 2023 г. в Конференц-центре университета Мугла (Турция), дополнительно были проведены специальные сессии, посвященные (4) методам исследования химических источников тока и топливных элементов и (5) созданию прототипов и оценке срока службы аккумуляторов электроэнергии и водорода. Симпозиум включал в себя пленарные заседания и сессии по конкретным темам.
Сотрудниками лаборатории металлогидридных энерготехнологий на симпозиуме сделано 5 устных докладов в онлайн режиме:
Руководитель лаборатории М.В. Лотоцкий по приглашению организаторов сделал пленарный доклад «Композиты металлогидрид – углерод: передовые материалы для технологий водородной энергетики» (соавторы: А.А. Арбузов, П.В. Фурсиков, А.А. Володин, Б.П. Тарасов). Представленный обзор современного состояния работ в области исследования и применения металлогидрид-углеродных композитов был выслушан с большим интересом. Председатель Оргкомитета симпозиума проф. Т. Озтюрк (Tayfur Öztürk) предложил написать обзорную статью по теме доклада для публикации в международном журнале 1-го квартиля Materials Research Bulletin.
В докладе «Материалы для хранения водорода на основе сплавов Ti–Fe: современное состояние и перспективы» (авторы М.В. Лотоцкий, В.Н. Фокин, Э. Э Фокина, А.А. Арбузов, Б.П. Тарасов) рассмотрены вопросы улучшения водородсорбционных характеристик и возможности массового производства сплавов на основе интерметаллида TiFe как потенциально самого дешевого и доступного гидридообразующего материала для аккумулирования водорода.
В докладе «Металлогидридные установки для хранения и компримирования водорода с низкими давлениями всасывания» (авторы Б.П. Тарасов, А.А. Арбузов, С.А. Можжухин, А.А. Володин, П.В. Фурсиков, Moegamat Wafeeq Davids, Joshua Adeniran, М.В. Лотоцкий) представлены результаты совместной работы групп ведущего ученого в ФИЦ ПХФ и МХ РАН и Центра компетенции HySA Systems в ЮАР по разработке металлогидридных материалов и систем утилизации водорода низкого давления.
Сотрудник лаборатории Фурсиков П.В. представил доклад «Экспериментальные исследования и DFT-моделирование характеристик сорбции водорода наноструктурированными композитами на основе Mg и наноразмерными кластерами» (соавторы: О.П. Чаркин, В.Н. Фокин, Э.Э. Фокина, А.А. Володин, А.А. Арбузов, М.В. Лотоцкий, Б.П. Тарасов), где обсуждены результаты работ Комплекса лабораторий водородного материаловедения ФИЦ ПХФ и МХ РАН по исследованию и целенаправленному поиску новых материалов на основе магния для систем хранения водорода.
Сотрудник лаборатории А.А. Володин в своем докладе «Перспективные анодные материалы для никель-металлогидридных аккумуляторов и щелочных топливных элементов» (соавторы: А.Н. Лапшин, И.О. Якушин, Б.П. Тарасов, М.В. Лотоцкий) представил результаты работ ФИЦ ПХФ и МХ РАН по разработке и исследованию высокоэффективных металлогидридных материалов для химических источников тока.
По результатам выполнения проекта, ведущий ученый Лотоцкий М.В., совместно с руководителем комплекса лабораторий водородного материаловедения Тарасовым Б.П. и зарубежным коллегой, профессором Яртысем В.А. (Yartys V.A., Institute for Energy Technology, Норвегия), опубликовали обзорную статью по фундаментальным аспектам материаловедения металлогидридов и их газофазным приложениям. На основании подробного анализа 349 литературных источников, охватывающих период с 1866 по 2023 годы, показана история вопроса, современное состояние и дальнейшие перспективы работ в данной области, конечной целью которых является совершенствование и широкое внедрение водородных и металлогидридных технологий.
Статья опубликована в ведущем международном журнале в области энергетики, Journal of Energy Storage (импакт-фактор 8,907; 1й квартиль), и получила высокую оценку рецензентов:
«Рукопись представляет собой подробное описание поведения различных типов материалов для хранения, компримирования, очистки водорода и других приложений, связанных с реакциями газ – металл, наряду с всеобъемлющей оценкой свойств соответствующих материалов. Статья является одной из лучших, которые я видел по этому вопросу, по меньшей мере за два десятилетия с тех пор, как в 1980-х и 1990-х годах были опубликованы знаковые работы по металлгидридным технологиям. В дополнение к углубленному рассмотрению важнейших инженерных проблем, в рукописи адекватно описаны новые перспективные материалы – поглотители водорода».
«Рукопись представляет собой всесторонний анализ современного состояния в области газофазных приложений гидридов металлов и представляет интерес для широкого круга читателей».
«Это полезный анализ, обобщающий использование гидридов металлов для различных целей. Простым языком авторы предоставляют подробную информацию о применении гидридов металлов. Были даны ссылки на многие важные публикации, вносящие вклад в эту область. На мой взгляд, это очень полезная статья для тех, кто хочет быть информированным по данному вопросу».
Многие производства химической промышленности характеризуются значительными, до нескольких тонн в день, выбросами водорода, являющегося побочным продуктом. Утилизация последнего затрудняется тем фактором, что выбрасываемый водород находится под давлением близким к атмосферному, что требует применение дорогостоящего и не всегда надежного и безопасного компрессорного оборудования. Аналогичная проблема возникает при утилизации водорода, получаемого перспективным методом высокотемпературного электролиза водяного пара.
Возможность решения данной проблемы путем использования металлогидридов была исследована в в рамках проекта по Мегагранту № 075-15-2022-1126. Основной идеей проведенных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по данному направлению является использование композитов на основе замещенных интерметаллидов типа AB5, характеризующихся пониженными равновесными давлениями водорода при комнатной температуре, для поглощения водорода низкого давления и его последующего хранения и термосорбционного компримирования.
В результате выполнения данных работ, группами ведущего ученого в ФИЦ ПХФ и МХ РАН и университете Западно-Капской провинции ЮАР было разработано два прототипа металлогидридных аккумуляторов – компрессоров водорода, позволяющих абсорбировать до 1 нм3 водорода под давлением порядка 1 атм (абс) при температуре 15–25 ˚C и затем компримировать его до давления 2–5 атм при нагреве до 90–150 ˚C.
По результатам проведенных работ опубликована статья в международном журнале «Inorganics»:
Использование полученных результатов позволит разработать высокоэффективные технологии утилизации водорода низкого давления для водородной энергетики и химической промышленности.
В июне 2023 года в Ивановском государственном университете на рамках IХ Всероссийской школы-конференции «ОРГАНИЧЕСКИЕ И ГИБРИДНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ» состоялась Вторая молодежная школа для студентов, аспирантов и молодых ученых «ВОДОРОДНЫЕ И МЕТАЛЛОГИДРИДНЫЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ». Она организована в рамках Соглашения № 075-15-2022-1126 от 1 июля 2022 г. о предоставлении субсидии государственную поддержку научных исследований по Проекту «Металлогидридные технологии: от материалов к водородным системам хранения и преобразования энергии» и создание лаборатории мирового уровня под руководством ведущего ученого Лотоцкого М.В. Целью проведения молодежной школы являлось обучение и привлечение студентов, аспирантов, молодых ученых к участию в исследованиях в области водородных и металлогидридных энерготехнологий и водородного материаловедения.
Открыл молодежную школу директор ИНХС РАН, член-корреспондент РАН Максимов А. Л., отметив важность взаимодействия академических и образовательных организаций и подготовки специалистов в развитии водородной энергетики. Проректор ИвГУ по исследовательской и проектной деятельности Смирнова И. Н. представила план развития Кампуса учебных и научных организаций Ивановской области в рамках национального проекта «Наука и университеты». Профессор Клюев М. В. рассказал об истории Ивановского государственного университета, отмечающего в 2023 году 50-летие образования. Директор Института математики, информационных технологий и естественных наук ИвГУ проф. Кустова Т. П. ознакомила слушателей с учебной и научной деятельностью Института.
С ключевыми лекциями выступили заведующий Комплексом лабораторий водородного материаловедения ФИЦ ПХФ и МХ РАН Тарасов Б. П. «Водородные энерготехнологии: современное состояние и проблемы коммерциализации», заведующий лабораторией металлогидридных энерготехнологий ФИЦ ПХФ и МХ РАН, созданной в рамках Мегагранта, Лотоцкий М. В. «Металлогидридные технологии: новые материалы и энергоустановки», а также в онлайн режиме профессор Иван Толь (Ivan Tolj) из Хорватии (Split University) «Водный и тепловой баланс в твердополимерных топливных элементах (Water and heat management of PEM fuel cells).
С пленарными докладами выступили: ведущий технолог по металлогидридным энерготехнологиям водородной программы ЮАР Могамат Вафик Дэвидс / Moegamat Wafeeq Davids (HySA Systems, University of the Western Cape, ЮАР) (онлайн) «Водородная программа ЮАР и работы в области металлогидридов в центре компетенции HySA Systems / South African hydrogen program and metal hydride related activities at HySA Systems Centre of Competence», а также заведующие лабораториями в области водородной и металлогидридной энергетики Клямкин С. Н. и Булычев Б. М. (МГУ им. М. В. Ломоносова, г. Москва) «Получение и хранение водорода: новые материалы и технологии», Дуников Д. О. (ОИВТ РАН, г. Москва) «Тепломассообмен в металлогидридных системах», Лысков Н. В. (ФИЦ ПХФ и МХ РАН, г. Черноголовка) «Особенности работы и конструкции твердооксидных топливных элементов в России», Шмыглева Л. В. (ФИЦ ПХФ и МХ РАН, г. Черноголовка) «Развитие водородно-воздушных топливных элементов в России».
Для молодых ученых были прочитаны лекции ведущих сотрудников Лаборатории металлогидридридных энерготехнологий: Герасимова Е. В. «Возможности математического моделирования для предсказания работы водных электролизеров и топливных элементов», Володин А. А. «Современные материалы для металлогидридных источников тока», Арбузов А.А. «Металлогидрид-графеновые композиты для водородной энергетики», Фурсиков П. В. «Экспериментальные и квантово-химические исследования металлогидридных наноматериалов», Лапшин А. Н. «Физико-химические методы исследования материалов для водородной энергетики», Казаков А. Н. «Металлогидридные материалы для водородных технологий: от свойств к устройствам».
Студенты, аспиранты и молодые ученые, в том числе и сотрудники лаборатории, выступили с краткими сообщениями.
На закрытии Молодежной школы было принято следующее решение:
1. Все лекции и доклады были информативными и полезными не только для студентов и молодых ученых, но и для состоявшихся специалистов.
2. Для интенсификации обучения студентов, аспирантов и молодых ученых необходимо издать учебное пособие «ВОДОРОДНЫЕ И МЕТАЛЛОГИДРИДНЫЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ».
3. Вручить 25 активно участвовавшим студентам, аспирантам и молодым ученым, в том числе 12 молодым сотрудникам Лаборатории металлогидридных энерготехнологий, сертификаты о прохождении обучения во Второй молодежной школе «ВОДОРОДНЫЕ И МЕТАЛЛОГИДРИДНЫЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ».
4. Для реализации Программ РФ по водородной энергетике необходимо расширить сотрудничество между академическими институтами, высшими учебными заведениями и коммерческими организациями.
5. Провести Третью молодежную школу «ВОДОРОДНЫЕ И МЕТАЛЛОГИДРИДНЫЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ» в октябре 2024 года в Черноголовке на базе ФИЦ ПХФ и МХ РАН.
office@icp.ac.ru
+7 496 522-51-64
В результате выполнения данных работ, группами ведущего ученого в ФИЦ ПХФ и МХ РАН и университете Западно-Капской провинции ЮАР было разработано два прототипа металлогидридных аккумуляторов – компрессоров водорода, позволяющих абсорбировать до 1 нм3 водорода под давлением порядка 1 атм (абс) при температуре 15–25 ˚C и затем компримировать его до давления 2–5 атм при нагреве до 90–150 ˚C.
