Водородная энергетика: перспективы развития и материалы

Рассмотрены перспективы развития мировой водородной энергетики. Особое внимание уделено созданию материалов, обеспечивающих технологическую цепочку этого направления, включая получение, очистку, хранение водорода и выработку электроэнергии. Отмечена основная роль катализаторов — наночастиц металлов или сплавов, нанесенных на оксидные носители, — при получении водорода конверсией природного газа либо спиртов. Альтернативный подход заключается в пиролизе углеводородов, продуктами которого являются водород и углерод. Прямое получение высокочистого водорода возможно с привлечением электролиза или процессов мембранного катализа. Наряду с традиционными способами хранения водорода, такими как компримирование и сжижение, рассмотрены сорбция сплавами, а также химическое преобразование в жидкие носители (аммиачный и толуольный циклы). Для производства энергии с использованием водорода служат топливные элементы, ключевую роль в которых играют катализаторы и протонпроводящие мембраны. Показано, что с применением бинарных сплавов платины или структур “ядро в оболочке” на углеродных либо оксидных носителях процессы электровосстановления кислорода и электроокисления CO в низкотемпературных топливных элементах облегчаются, а высокие значения проводимости и селективности обеспечиваются перфторированными сульфокислотными мембранами. Большая стоимость последних определяет потребность в разработке альтернативных мембранных материалов. Основной проблемой высокотемпературных топливных элементов является необходимость снижения рабочей температуры и омических потерь, перспективным решением которой может быть создание тонкопленочных материалов и замена кислородпроводящих керамических мембран на протонпроводящие.
Библиография — 290 ссылок.