Skoltech领衔国际团队研发出新型富氢材料：七氢化铯与九氢化铷

来自Skoltech的科学家们及其俄罗斯科学院舒布尼科夫晶体学研究所以及中国、日本和意大利科研中心的合作伙伴们，成功研发出一种用于化学储存氢气的新型材料。该项研究成果已发表于国际核心期刊《先进能源材料》。

储氢难题：成本、空间与泄漏

氢能广泛应用的一大瓶颈在于缺乏安全、可持续且经济实惠的技术来储存这种极轻、易反应、难以控制的爆炸性气体。为了在气瓶、管道、低温储罐中积累和运输氢气，可以将其压缩或液化，甚至可能转化为由H2分子组成的固体。然而，这样的处理方式存在诸多挑战：

首先，此类处理成本高昂，所涉及的压缩和制冷过程消耗了相当于氢气最终提供的总能量的约20%-40%。

其次，氢的质量极轻、体积庞大，这对车辆的使用造成了极大不便。

最后，氢是最小的分子，因此它很容易从容器中逸出，甚至渗透到金属壁中，使它们变脆并导致裂纹和泄漏。

化学储氢：突破"每金属原子两个氢原子"的容量上限

"解决方案在于化学储存。"该研究的主要作者之一、拥有博士学位的德米特里·塞梅诺克表示。他是Skoltech材料科学与工程专业的专家："某些材料，如镁镍合金和锆钒合金，能够将氢存储在构成晶体结构的金属原子之间的空隙中。这类蓄能器提供相对密集且安全的存储，并且在加热时能够根据需求迅速释放氢。然而，尽管可以根据氢捕获和释放所需的条件以及它们承受的充放电循环次数来调整金属合金，但在这些材料中能够容纳的氢量却有一个相对严格的限制：大约每个金属原子两个氢原子，这是主要的品质因数。"

"我们合成的化合物——七氢化铯CsH7和九氢化铷RbH9——每个金属原子分别含有多达7个和9个氢原子。我们预期它们将成为首批在大气压下稳定的富氢材料。无论如何，这些化合物中氢原子的比例是所有已知氢化物中最高的，是甲烷CH4的两倍。"塞梅诺克补充道。

该研究的首席研究员、斯科尔理工学院材料发现实验室负责人Artem R. Oganov教授解释说："我们将氨硼烷的富氢粉末与铯或铷反应，这会生成被称为铯或铷氨基硼烷的盐。热量将这些盐分解成一氢化铯或一氢化铷以及大量的氢。由于实验是在两颗钻石之间的小室中进行，施加的压力是大气压的100,000倍，多余的氢被迫进入晶格空隙，形成七氢化铯和九氢化铷，后者有两种不同的晶格种类。"

研究人员表示，铯和铷"天生适合"，因为它们的原子较大，导致晶体结构中有更大的空隙供氢占据。化合物的形成与团队的模拟和基于基本物理的计算的预测相吻合。

这些化合物的存在也通过多种分析技术得到了证实：X射线分析、拉曼光谱和反射/透射光谱——后者是由Skoltech混合光子学实验室研究科学家Denis Sannikov的贡献实现的。

下一步：更低压力下的稳定性验证

该团队目前计划使用大型液压机在较低压力（约10,000个大气压）下重复该实验，以获得更多的铯和铷氢化物，并验证一旦合成，这些化合物即使在大气压下也能保持稳定，不同于迄今为止已知的其他聚氢化物。

铂道观点

固态储氢是应对氢储运难题的一个很好解决方案。目前，中国涉足固态储氢业务的企业主要有宝武镁业、上海氢枫、京城股份，其他有：北京轩辕华创科技有限公司、上海正阳、北京中科富海、北京国富氢能、中材科技、中集安瑞科等。