Alternatywą dla tradycyjnych metod magazynowania wodoru (zbiorniki na gazowy i ciekły wodór) jest wykorzystanie zdolności niektórych metali do pochłaniania tego pierwiastka. Za jeden z najbardziej atrakcyjnych materiałów uważa się miedzy innymi magnez, zdolny pochłonąć do 7,7 % wag. wodoru. Z punktu widzenia zastosowań magazynów wodoru, obok ilości wodoru ważna jest również kinetyka jego pochłaniania i uwalniania, często determinowana szybkością dyfuzji wodoru wewnątrz metalu. Zbadanie dyfuzji wodoru w magnezie, który jest bardzo reaktywny, nie jest jednak łatwe. Problem ten udało się rozwiązać naukowcom z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie.

Zespół prof. dr hab. Tadeusza Zakroczymskiego (IChF PAN) wykorzystał znaną elektrochemiczną metodę przenikania wodoru przez próbkę-membranę. W metodzie tej, z jednej strony membrana jest ładowana wodorem wydzielanym katodowo z roztworu wodnego, a atomy wodoru przenikające i uchodzące przeciwną stroną membrany są elektrochemicznie utleniane do protonów. Elektrochemiczne wprowadzania wodoru do membrany jest bardzo proste i skuteczne, zaś równie prosta elektrochemiczna detekcja wychodzącego wodoru jest zarazem niezmiernie czuła. Niestety, powyższa metoda zawodzi w przypadku membrany wykonanej z samego magnezu, gdyż reaguje on silnie z roztworami wodnymi. Dlatego zaproponowano i wykonano specjalną membranę o strukturze wielowarstwowej.

Główną, a zarazem konstrukcyjną część tej wielowarstwowej membrany stanowi cienka membrana wykonana z żelaza. Ponieważ atomy wodoru poruszają się w nim wyjątkowo szybko (niemal tak jak jony wodorowe w roztworach wodnych), warstwa żelazna w stosunkowo małym stopniu utrudnia przenikanie wodoru przez całą membranę. Następnie na obie strony żelaznej membrany naniesiono elektrochemicznie cienką warstwę palladu. Tak przygotowane membrany były kolejno pokrywane magnezem i ponownie palladem (w celach ochronnych). Nanoszenie obu pierwiastków wykonano w ramach współpracy z laboratorium prof. Wen-Ta Tsai z National Cheng Kung University w Tainan na Tajwanie.

Mierzona szybkość przenikania wodoru przez wielowarstwową membranę jest uwarunkowana dyfuzją wodoru w poszczególnych jej warstwach. Ponieważ dyfuzja wodoru w żelazie i palladzie jest dobrze poznana, na podstawie mierzonej szybkości przenikania można wyznaczyć współczynnik dyfuzji wodoru w magnezie.

Zaproponowana metoda może być wykorzystana do badania dyfuzji wodoru w innych reaktywnych materiałach, w tym przewidywanych do wykorzystania, jako efektywne magazyny wodoru (stopy magnezu, metale ziem rzadkich i ich stopy).

Portal Biotechnologia.pl pragnie serdecznie podziękować Panu prof. dr hab. Tadeuszowi Zakroczymskiemu za pomoc w realizacji oraz cenne wskazówki.

Ewelina Sapińska