Чтобы накопители энергии и топливо на основе водорода получили более широкое распространение, они должны быть безопасными, очень эффективными и максимально простыми. Современные топливные элементы на основе водорода, используемые в электромобилях, работают, позволяя протонам водорода проходить от одного конца топливного элемента к другому через полимерную мембрану при выработке энергии. Для эффективного и высокоскоростного перемещения водорода в этих топливных элементах требуется вода, а это означает, что мембрану необходимо постоянно увлажнять, чтобы она не высыхала. Это ограничение добавляет дополнительный уровень сложности и стоимости конструкции батарей и топливных элементов, что ограничивает практичность экономичного использования энергии на основе водорода следующего поколения. Чтобы преодолеть эту проблему, ученые изо всех сил пытались найти способ проводить отрицательные гидридные ионы через твердые материалы, особенно при комнатной температуре.

Ожидание закончилось. "Мы достигли настоящей вехи", - говорит Кобаяши. "Наш результат - первая демонстрация твердого электролита, проводящего гидридные ионы, при комнатной температуре".

Команда экспериментировала с гидридами лантана (LaH_3-?) по нескольким причинам; водород может выделяться и улавливаться относительно легко, проводимость гидридных ионов очень высока, они могут работать при температуре ниже 100°C и имеют кристаллическую структуру. Но при комнатной температуре количество атомов водорода, присоединенных к лантану, колеблется между 2 и 3, что делает невозможным эффективную проводимость. Эта проблема называется нестехиометрией водорода и была самым большим препятствием, преодоленным в новом исследовании. Когда исследователи заменили часть лантана стронцием (Sr) и добавили всего лишь щепотку кислорода - для получения базовой формулы La_1-xСт._xH_3-x-2yO_и, они получили те результаты, на которые надеялись.

Команда подготовила кристаллические образцы материала, используя процесс, называемый шаровым измельчением, с последующим отжигом. Они исследовали образцы при комнатной температуре и обнаружили, что они могут проводить гидрид-ионы с высокой скоростью. Затем они протестировали его работу в твердотельном топливном элементе, изготовленном из нового материала и титана, варьируя количество стронция и кислорода в формуле_. При оптимальном значении не менее 0,2 стронция они наблюдали полное 100%-ное превращение титана в гидрид титана, или TiH₂ Это означает, что почти ноль гидрид-ионов было потрачено впустую.

"В краткосрочной перспективе наши результаты дают рекомендации по проектированию материалов для твердых электролитов, проводящих гидридные ионы", - говорит Кобаяши. "В долгосрочной перспективе мы считаем, что это переломный момент в разработке аккумуляторов, топливных элементов и электролитических ячеек, работающих с использованием водорода". Следующим шагом будет повышение производительности и создание электродных материалов, способных обратимо поглощать и выделять водород. Это позволило бы подзаряжать аккумуляторы, а также помещать водород в хранилище и легко высвобождать его при необходимости, что является обязательным требованием для использования энергии на основе водорода.