Водородная батарея позволяет избежать нагревания до 300 °C, что когда-то считалось неизбежным.
Типичное изображение: концепция топливного бака, работающего на водороде.
Тойота
Исследователи из Института науки в Токио (Япония) объявили о прорыве в технологии хранения водорода.
Группа разработала водородную батарею, способную работать при температуре всего 90 °C (194 °F), что значительно ниже обычного порога в 300–400 °C (572 °F–752 °F).
Инновация устраняет одно из самых больших препятствий для водорода — безопасное и эффективное хранение — потенциально открывая двери для транспортных средств на водородном топливе, интеграции возобновляемых источников энергии и производств, не производящих углерод.
Исследование было проведено группой ученых, в которую вошли научный сотрудник доктор Такаси Хиросе, доцент Наоки Мацуи и профессор института Рёдзи Канно, в Научно-исследовательском центре твердотельных аккумуляторов в Токио.
Решение проблем хранения водорода
Водород давно рассматривается как чистый энергоноситель, но его хранение оказалось сложным. Традиционные методы требуют либо сжатия водорода под чрезвычайно высоким давлением (350–700 бар), либо его охлаждения до жидкого состояния при криогенных температурах −252,8 °C (−423 °F).
Исследователи из Science Tokyo преодолели эти препятствия, разработав водородную батарею, которая эффективно хранит и высвобождает водород при гораздо более низких температурах.
Твердотельные накопители на основе гидрида магния (MgH₂) представляют собой многообещающую альтернативу благодаря своей высокой теоретической ёмкости. Однако до сих пор системы на основе MgH₂ требовали для работы экстремально высоких температур, имели ограниченную обратимость процесса и потерю производительности. Это делало их непрактичными для повседневного использования в энергетике.
«Мы продемонстрировали работу аккумулятора Mg–H2 как безопасного и эффективного устройства хранения водородной энергии, обеспечивающего высокую емкость, низкую температуру и обратимое поглощение и выделение газообразного водорода», — пояснил Мастуи.
Новый твердый электролит в основе
Ключ к этому новшеству кроется в новой разработанной структуре твердого электролита, которая обеспечивает быстрое перемещение ионов гидрида, причем ионная проводимость измеряется при комнатной температуре.
В отличие от традиционных жидких электролитов этот материал обеспечивает стабильность и эффективность при более низких условиях эксплуатации.
Архитектура системы проста, но мощна. MgH₂ служит анодом, а водород — катодом. Во время зарядки MgH₂ выделяет ионы H⁻, которые проходят через твёрдый электролит и окисляются на катоде, выделяя газ H₂. Во время разряда водород восстанавливается до H⁻, который перемещается к аноду, образуя MgH₂.
Этот полностью обратимый цикл позволяет устройству многократно хранить и выделять водород без экстремального нагрева, необходимого в обычных системах.
Последствия для водородной экономики
В ходе испытаний водородная батарея достигла полной теоретической ёмкости MgH₂: приблизительно 2030 мАч г⁻¹, что эквивалентно 7,6% водорода по массе. Этот показатель ранее не достигался в условиях практической эксплуатации при низких температурах.
«Эти свойства нашей водородной аккумуляторной батареи ранее были недостижимы с помощью традиционных термических методов или жидких электролитов, что создает основу для эффективных систем хранения водорода, пригодных для использования в качестве энергоносителей», — пояснил Хиросе.
Значение этого эксперимента выходит далеко за рамки лабораторных исследований. Водород считается краеугольным камнем чистой энергии, и этот прорыв может ускорить внедрение водородных транспортных средств, промышленных приложений и возобновляемых систем хранения энергии.
Однако при масштабировании технологии все еще существуют проблемы, которые необходимо решить.
Исследование было опубликовано в журнале Science 18 сентября 2025 года.
Sourse: interestingengineering.com
