Учёные из Института кристаллографии РАН в Москве совместно с
Институтом химии Макса Планка в Майнце (Германия) создали вещество, в
котором можно запасти на порядок больше энергии, чем в любом
аккумуляторе. Исходный материал для этого вещества — обычный
азот. Исследователи смогли перевести газообразный азот
в форму кристалла, по структуре и твердости не уступающего алмазу. Они
назвали его «полимерный азот». В этом кристалле каждый атом азота
окружен тремя такими же атомами; все они соединены одинарными
ковалентными связями и образуют трехмерную сетку сложной структуры,
аналогично атомам углерода в решётке алмаза. Пока
этот материал стабилен только при высоких давлениях, но его потенциал
очень велик. Полимерный азот обладает экстремально высокой плотностью
запасённой химической энергии. При его разложении выделяется на 20%
больше энергии, чем при сгорании бензина. Если удастся использовать
полимерный азот в качестве ракетного горючего, то масса ракеты, при
одинаковой полезной нагрузке, может быть уменьшена почти на порядок.
Кроме того, это экологически чистый материал: — продуктом разложения
является газообразный азот. Для своего «сгорания» «полимерный азот» не
требует окислителя (кислорода). Может работать в вакууме, под водой и в
любых атмосферах. Благодаря компактности и высокой энергоемкости
полимерный азот смог бы потеснить традиционные способы хранения энергии
— крупные аккумуляторы и водород.
Источник электричества в современных аккумуляторах и батареях, как
правило, — химические реакции, энергия которых преобразуется в
электрический ток. Но даже в лучших на сегодня аккумуляторах —
литий-ионных, используемых, например, в мобильных телефонах, —
теоретически можно запасти не более 1 кВт/ч электроэнергии на килограмм
массы. На практике эта цифра в несколько раз меньше. Есть другие
способы аккумулировать энергию. Многие исследователи предлагают
водород, на данный момент, самое энергоемкое из доступных веществ.
Однако он некомпактен и потому не слишком удобен для использования.
Процедура синтеза полимерного азота достаточно сложна и требует
сложного оборудования и экстремальных условий. Во-первых, необходимы
специальные камеры, в которых создается давление в 1 миллион раз
больше, чем атмосферное. Во-вторых, не обойтись без специальных
лазеров, которые дистанционно нагреют газообразный азот в камере до
двух с лишним тысяч градусов Цельсия. «Мы проводили эксперименты
совместно с германской стороной, поскольку у нас есть только часть
оборудования для этих экспериментов. Наши специалисты в этой области,
по-видимому, лучшие в мире. К примеру, американцы, даже зная о наших
опытах, не могли их повторить более 4-х лет. «В Германии мы делаем
часть опытов, связанных с лазерным нагревом и с диагностикой
полученного материала», — рассказывает руководитель исследований с
российской стороны, заведующий отделом ядерных методов и магнитных
структур в Институте кристаллографии РАН профессор Игорь Любутин.
Полимерная форма азота с различной кристаллической структурой была
теоретически предсказана еще на рубеже 80-90-х годов прошлого века, но
получить его удалось только в веке нынешнем. «Проблема в том, что мы
сделали полимерный азот в экстремальных условиях, при высоких давлениях
и высоких температурах. При обычных давлениях и температурах он
распадается до газообразного азота», — говорит Игорь Любутин.
Теоретически новый материал может существовать и при обычных условиях.
Поэтому ученые считают, что исследования необходимо продолжать до тех
пор, пока это не подтвердится, ведь только тогда «полимерный азот»
можно использовать в практических целях, например в качестве
компактного источника энергии. «Нам удалось получить стабильный
материал при комнатной температуре, но снять давление до атмосферного
не удаётся — он распадается. Пока удалось в 4 раза уменьшить давление —
до 250000 атмосфер. Надо пробовать новые методы», — объясняет Игорь
Любутин. Если ученые найдут, как это сделать, они будут дальше искать
способы для синтеза материала при более низких давлениях, например с
применением катализаторов, для удешевления процесса.
по информации strf.ru
|