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新型納米孔材料儲存的氫比固態(tài)氫本身多67%

文章來源：新能源網(wǎng) 更新時間：2024-02-26 15:28:09

氫作為一種清潔燃料，在卡車、商用車、短程航空和航運(yùn)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其單位重量和單位體積的能量比鋰電池高得多，而且續(xù)航里程更長，加油更快。您可以像燃燒汽油一樣或多或少地燃燒它，也可以通過燃料電池產(chǎn)生電力。

在所有燃料中，它的單位質(zhì)量能量最高，但儲存起來很麻煩。把它保存在氣罐里，需要大約 700 個大氣壓的壓縮。如果將其保存為液體，則需要保持比絕對零度高出 20 度的低溫。即使把它壓縮成超冷液體，它的重量可能很輕，但它所占的體積卻令人吃驚，而且很不方便，這使得它既耗能，又很難在空間有限的地方進(jìn)行包裝。

現(xiàn)在，韓國研究人員稱，他們已經(jīng)創(chuàng)造出一種材料，能以比低溫液態(tài)氫密度高一倍的密度儲存氫。這項新研究的第一作者、蔚山國立科學(xué)技術(shù)研究院（UNIST）的 Hyunchul Oh 說："我們的創(chuàng)新材料代表了氫氣存儲領(lǐng)域的范式轉(zhuǎn)變，為傳統(tǒng)方法提供了令人信服的替代方案。"

作為一種分子，氫可以通過一種叫做物理吸附的過程物理吸附到多孔材料中。高多孔材料以前曾展示過在單位質(zhì)量內(nèi)儲存大量氫的能力，但它們在小體積內(nèi)儲存大量能量方面卻一直很吃力。

由五個氫分子（紫色和紅色）組成的分子團(tuán)占據(jù)了材料中的一個孔隙

直到現(xiàn)在。研究小組合成了納米多孔硼氫化鎂（Mg(BH4)2），這種框架由部分帶負(fù)電荷的氫原子構(gòu)成納米孔的內(nèi)表面，能夠吸附氫氣和氮氣。雖然氮氣和氫氣都能進(jìn)入孔隙，但研究人員發(fā)現(xiàn)，由于氮氣和氫氣在孔隙中占據(jù)不同的吸附位點，氫氣的氣體吸收量要大三倍。

研究人員觀察到，小孔中氫密度高的原因在于氫分子的各向異性（與方向有關(guān)）形狀，在接近環(huán)境壓力時，氫分子通常呈緊密堆積的球狀。這種材料以三維排列方式儲存了五個氫分子團(tuán)，從而提高了容積容量。

他們發(fā)現(xiàn)，Mg(BH4)2每升孔隙容積可存儲前所未有的 144 克氫，而低溫液態(tài)氫只能存儲 70.8 克/升，固態(tài)氫甚至只能存儲 86 克/升。

研究人員表示，他們的研究成果解決了大規(guī)模氫氣存儲的關(guān)鍵難題，提高了氫氣的效率和經(jīng)濟(jì)可行性。

這會是氫動力飛機(jī)的解決方案嗎？可能不會。正如幾年前ZeroAvia 公司的 Val Miftakhov 向我們解釋的那樣，航空環(huán)境中的液態(tài)氫系統(tǒng)可以實現(xiàn) 30% 左右的氫氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)，另外 70% 的重量則由儲氫罐和低溫冷卻設(shè)備增加。根據(jù)這項研究，這種納米孔存儲材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 21.7%，因此其單位重量所攜帶的能量是儲罐中氣態(tài)氫氣的兩倍，但低溫液態(tài)系統(tǒng)會更輕。

另一方面，它肯定能在長途運(yùn)輸或卡車運(yùn)輸中發(fā)揮作用，因為在這種情況下，重量不是問題，而體積則更為重要。當(dāng)然，這似乎也是目前靜態(tài)儲能的最佳方法，在這種情況下，氫氣的使用或多或少會像電池一樣。

我們還想進(jìn)一步了解它是如何釋放的，在什么樣的溫度和壓力下工作，以及以這種方式儲存氫氣的往返能量損失可能是多少，但這無疑是該領(lǐng)域的一個突破性進(jìn)展。

這項研究發(fā)表在《自然-化學(xué)》雜志上。

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