Jennifer Chu, Massaçusets Texnologiya İnstitutu

Robert Egan tərəfindən redaktə edilmişdir

 Redaktorların qeydləriMembran istehsal prosesinin sonunda palladium tıxac membranı (solda). Kəsik yaşıl xətlər membranı təsvir edir. Membranın skan edilən elektron mikroskop təsviri silisium dəstəyinin məsamələrinin içərisinə daxil edilmiş palladium tıxaclarını göstərir (sağda). Kredit: MIT News tərəfindən redaktə edilən tədqiqatçıların izni ilə

Palladium hidrogenə əsaslanan enerji iqtisadiyyatına start vermək üçün açarlardan biridir. Gümüşlü metal, asanlıqla keçdiyi hidrogen istisna olmaqla, hər qaza qarşı təbii bir qapıçıdır. Müstəsna seçiciliyinə görə palladium təmiz hidrogen hasil etmək üçün qaz qarışıqlarının süzülməsində ən təsirli materiallardan biri hesab olunur.

Bu gün palladium əsaslı membranlar kommersiya miqyasında yarımkeçiricilər istehsalı, qida emalı və gübrə istehsalı üçün təmiz hidrogen təmin etmək üçün istifadə olunur. Palladium membranları 800 Kelvindən daha çox qızarsa, parçalana bilər.

İndi MİT mühəndisləri daha yüksək temperaturda davamlılığını qoruyan yeni palladium membranı hazırlayıblar . Əksər membranlar kimi davamlı bir film kimi hazırlanmaq əvəzinə, yeni dizayn əsas dəstəkləyici materialın məsamələrinə “tıxaclar” kimi yerləşdirilən palladiumdan hazırlanır. Yüksək temperaturda, möhkəm oturan tıxaclar sabit qalır və səth filmi kimi pisləşmək əvəzinə, hidrogeni ayırmağa davam edir.

Termal cəhətdən sabit dizayn, kompakt buxar metanının islah edilməsi və ammonyak krekinqi kimi hidrogen yanacaq yaradan texnologiyalarda istifadə edilmək üçün imkanlar açır – sıfır karbon buraxan yanacaq və elektrik üçün hidrogen istehsal etmək üçün daha yüksək temperaturda işləmək üçün nəzərdə tutulmuş texnologiyalar.

Lohyun Kim Ph.D deyir: “Həqiqi sənaye yemləri altında performansın miqyasının artırılması və təsdiqlənməsi üzrə əlavə iş ilə dizayn yüksək temperaturda hidrogen istehsalı üçün praktiki membranlara doğru perspektivli marşrut təqdim edə bilər”. ’24, MİT-in Maşınqayırma fakültəsinin keçmiş aspirantı.

Kim və onun həmkarları bu gün Advanced Functional Materials jurnalında çıxan bir araşdırmada yeni membranın təfərrüatlarını bildirirlər . Tədqiqatın həmmüəllifləri MIT Enerji Təşəbbüsünün (MITEI) tədqiqat direktoru Randall Fielddir; keçmiş MIT kimya mühəndisliyi aspirantı Chun Man Chow Ph.D. ’23; Rohit Karnik, MIT-nin Maşınqayırma Departamentində Jameel Professoru və Abdul Lətif Cameel Su və Qida Sistemləri Laboratoriyasının (J-WAFS) direktoru; və Aaron Persad, maşınqayırma üzrə keçmiş MIT tədqiqatçısı, hazırda Merilend Şərqi Şor Universitetində dosentdir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=1100001614&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1759400264&rafmt=1&armr=3&plas=164x742_l%7C164x742_r&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-10-palladium-filters-enable-cheaper-efficient.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQwLjAuNzMzOS4xMjgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxNDAuMC43MzM5LjEyOCJdLFsiTm90PUE_QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjE0MC4wLjczMzkuMTI4Il1dLDBd&abgtt=6&dt=1759400264577&bpp=2&bdt=220&idt=159&shv=r20251001&mjsv=m202509290101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1759399843%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1759399843%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3D878d521b85743f4c%3AT%3D1751526237%3ART%3D1759399843%3AS%3DAA-AfjZCLruwaFzoQORvGPwXS3Y2&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=3192029978648&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2000&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95370628%2C95372139%2C95372357%2C31094971%2C95344791%2C95360684%2C95368093&oid=2&pvsid=1255708888182997&tmod=366727403&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=378

Kompakt gələcək

Komandanın yeni dizaynı füzyon enerjisi ilə bağlı MITEI layihəsindən çıxdı. MİT-in Commonwealth Fusion Systems layihəsi kimi gələcək füzyon elektrik stansiyaları , izotopların birləşməsindən enerji istehsal etmək üçün deyterium və tritiumun hidrogen izotoplarının son dərəcə yüksək temperaturda dövriyyəsini əhatə edəcək. Reaksiyalar qaçılmaz olaraq ayrılmalı olan digər qazları da əmələ gətirir və hidrogen izotopları sonrakı birləşmə üçün əsas reaktorda dövriyyəyə buraxılacaq.

Oxşar məsələlər hidrogen istehsalı üçün bir sıra digər proseslərdə də yaranır, burada qazlar ayrılaraq yenidən reaktorda dövriyyəyə buraxılmalıdır. Bu cür dövriyyə sistemləri üçün konseptlər qazın hidrogen ayıran membranlardan keçməzdən əvvəl ilk növbədə soyudulmasını tələb edir – bu, əlavə maşın və avadanlıqları əhatə edən bahalı və enerji tutumlu bir addımdır.

“Düşündüyümüz suallardan biri bu idi: Biz reaktora mümkün qədər yaxın ola bilən və daha yüksək temperaturda işləyən membranlar inkişaf etdirə bilərikmi ki, qazı çıxarıb əvvəlcə soyumağa ehtiyac qalmasın?” Karnik deyir. “Bu, daha çox enerjiyə qənaət edən və buna görə də daha ucuz və yığcam füzyon sistemlərini təmin edərdi.”

Tədqiqatçılar palladium membranlarının temperatur müqavimətini artırmaq yollarını axtarıblar. Palladium bu gün hidrogeni müxtəlif qaz qarışıqlarından ayırmaq üçün istifadə edilən ən təsirli metaldır. O, təbii olaraq hidrogen molekullarını (H ₂ ) səthinə cəlb edir, burada metalın elektronları molekulun bağları ilə qarşılıqlı əlaqədə olur və onları zəiflədir, bu da H _2-nin müvəqqəti olaraq müvafiq atomlarına parçalanmasına səbəb olur. Ayrı-ayrı atomlar daha sonra metal vasitəsilə yayılır və təmiz hidrogen kimi digər tərəfdən yenidən birləşirlər.

Palladium müxtəlif qazların axınlarından hidrogeni və yalnız hidrogeni nüfuz etməkdə yüksək effektivliyə malikdir. Lakin adi membranlar adətən 800 Kelvinə qədər temperaturda işləyə bilər ki, film digər qazların keçməsinə imkan verən dəliklər əmələ gətirməyə və ya damlacıqlara yığılmağa başlamazdan əvvəl.

Qoşulma

Karnik, Kim və onların həmkarları fərqli dizayn yanaşması tətbiq etdilər. Onlar yüksək temperaturda palladiumun kiçilməsinə başlayacağını müşahidə ediblər. Mühəndislik baxımından material səth enerjisini azaltmaq üçün hərəkət edir. Bunu etmək üçün palladium və əksər digər materiallar və hətta su bir-birindən ayrılacaq və ən kiçik səth enerjisi ilə damlacıqlar əmələ gətirəcəkdir. Səth enerjisi nə qədər aşağı olarsa, material daha çox istiləşməyə qarşı bir o qədər dayanıqlı ola bilər.

Bu, komandaya bir fikir verdi: Əgər dəstəkləyici materialın məsamələri palladium çöküntüləri ilə “tıxaclaşdırıla” bilərsə – mahiyyətcə artıq ən aşağı səth enerjisi ilə damcı əmələ gətirir – sıx dörddəbirlər membranın hidrogen üçün seçiciliyini qoruyarkən palladiumun istilik dözümlülüyünü əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər.

Bu fikri sınamaq üçün onlar məsaməli silisium dəstəkləyici təbəqədən (hər məsamənin eni təxminən yarım mikron) istifadə edərək kiçik çip ölçülü membran nümunələri hazırladılar və bunun üzərinə çox nazik palladium təbəqəsi qoydular. Palladiumun məsamələrə daxil edilməsi üsullarını tətbiq etdilər və palladium təbəqəsini çıxarmaq və palladiumu yalnız məsamələrin içərisində buraxmaq üçün səthi cilaladılar.

Daha sonra onlar nümunələri xüsusi hazırlanmış aparata yerləşdirdilər ki, onun ayırma qabiliyyətini yoxlamaq üçün müxtəlif qarışıqlarda və temperaturda hidrogen tərkibli qaz keçirdilər. Membranlar 100 saatdan çox 1000 Kelvinə qədər temperatur yaşadıqdan sonra belə sabit qaldı və hidrogeni digər qazlardan ayırmağa davam etdi – bu, ənənəvi film əsaslı membranlara nisbətən əhəmiyyətli bir irəliləyişdir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=2636419947&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1759400264&rafmt=1&armr=3&plas=164x742_l%7C164x742_r&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-10-palladium-filters-enable-cheaper-efficient.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQwLjAuNzMzOS4xMjgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxNDAuMC43MzM5LjEyOCJdLFsiTm90PUE_QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjE0MC4wLjczMzkuMTI4Il1dLDBd&abgtt=6&dt=1759400264577&bpp=1&bdt=220&idt=172&shv=r20251001&mjsv=m202509290101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1759399843%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1759399843%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3D878d521b85743f4c%3AT%3D1751526237%3ART%3D1759399843%3AS%3DAA-AfjZCLruwaFzoQORvGPwXS3Y2&prev_fmts=0x0%2C750x280&nras=1&correlator=3192029978648&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=3785&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95370628%2C95372139%2C95372357%2C31094971%2C95344791%2C95360684%2C95368093&oid=2&pvsid=1255708888182997&tmod=366727403&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=2&fsb=1&dtd=379

“Palladium film membranlarının istifadəsi ümumiyyətlə təxminən 800 Kelvindən aşağı ilə məhdudlaşır, bu zaman onlar pisləşir” dedi Kim. “Bizim tıxac dizaynımız buna görə də palladiumun effektiv istiliyə davamlılığını ən azı 200 Kelvin artırır və ekstremal şəraitdə bütövlüyünü daha uzun müddət saxlayır.”

Bu şərtlər buxar metanının reformasiyası və ammonyak krekinqi kimi hidrogen yaradan texnologiyaların əhatə dairəsinə daxildir.

Buxar metanının islahatı metanı təmiz hidrogenin hasil oluna biləcəyi formada qabaqcadan emal etmək üçün mürəkkəb, enerji tutumlu sistemlər tələb edən qurulmuş bir prosesdir. Bu cür qabaqcadan emal addımları kompakt “membran reaktoru” ilə əvəz edilə bilər, onun vasitəsilə metan qazı birbaşa axacaq və içəridəki membran təmiz hidrogeni süzəcək.

Bu cür reaktorlar buxar metanının islahından hidrogen istehsalının ölçüsünü, mürəkkəbliyini və xərclərini əhəmiyyətli dərəcədə azaldacaq və Kim hesab edir ki, membran təxminən 1000 Kelvinə qədər olan temperaturlarda etibarlı işləməli olacaq. Komandanın yeni membranı belə şəraitdə yaxşı işləyə bilərdi.

Ammonyak krekinqi, ammiakı “çatlamaq” və ya parçalamaqla hidrogen istehsal etməyin başqa bir yoludur. Ammonyak maye formada çox sabit olduğundan, elm adamları onun hidrogen daşıyıcısı kimi istifadə oluna biləcəyini və təhlükəsiz bir şəkildə hidrogen yanacaqdoldurma stansiyasına nəql edilə biləcəyini, ammiakın yenidən hidrogeni çıxaran və birbaşa yanacaq hüceyrəsi vasitəsinə pompalayan membran reaktoruna qidalana biləcəyini düşünürlər.

Ammonyak krekinqi hələ də əsasən sınaq və nümayiş mərhələsindədir və Kim deyir ki, ammonyak krekinq reaktorunda olan hər hansı bir membran, qrupun yeni tıxac əsaslı dizaynı çərçivəsində, ehtimal ki, 800 Kelvin civarında temperaturda işləyəcək.

Karnik onların nəticələrinin yalnız başlanğıc olduğunu vurğulayır. Membrananı işləyən reaktorlara qəbul etmək onun daha uzun müddət ərzində etibarlı qalmasını təmin etmək üçün əlavə inkişaf və sınaq tələb edəcəkdir.

“Biz göstərdik ki, film çəkmək əvəzinə, diskretləşdirilmiş nanostrukturlar düzəltsəniz, daha çox termal sabit membranlar əldə edə bilərsiniz” dedi Karnik. “Bu, hidrogen istehsalını daha səmərəli və sərfəli etmək üçün daha kiçik miqdarda bahalı palladiumdan istifadə etmək imkanı ilə birlikdə ekstremal temperaturlar üçün membranların dizaynı üçün bir yol təqdim edir . Orada potensial var.”

Ətraflı məlumat: Yüksək temperaturlara tab gətirə bilən nanostrukturlu hidrogen-selektiv palladium “tıxac” membranları, qabaqcıl funksional materiallar (2025). advanced.onlinelibrary.wiley.c … .1002/adfm.202516184

Jurnal məlumatı: Təkmil Funksional Materiallar Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir