儲存氫氣的"奈米夾心巧克力":未來的創新能源載體

儲存氫氣的"奈米夾心巧克力":未來的創新能源載體

一種創新的方法可以將奈米顆粒變成儲存氫氣的簡單儲罐。這種極易揮發的氣體被認為是未來有前途的能源載體,它可以為飛機、船舶和貨車等提供氣候友好型燃料,並允許氣候友好型鋼鐵和水泥持續生產(這取決於氫氣的生成方式)。

然而,儲存氫氣的成本很高:要麼將氣體儲存在高達700巴的加壓罐中,要麼必須將其液化,這意味著將其冷卻到零下253攝氏度,這兩個過程都會消耗額外的能源。

由德國電子同步輻射加速器中心(DESY)的Andreas Stierle領導的一個團隊已經為一種替代方法奠定了基礎:將氫氣儲存在由貴金屬鈀製成的微小奈米顆粒中,直徑僅為1。2奈米。鈀可以像海綿一樣吸收氫氣的事實已經被人們所知。“然而,直到現在將氫氣再次從材料中取出來還是一個問題,”Stierle解釋說。“這就是為什麼我們正在嘗試直徑只有大約一奈米的鈀粒子。”一奈米是一毫米的百萬分之一。

為了確保這些微小的顆粒足夠結實,它們被一個由稀有貴金屬銥製成的核心變得更穩定。此外,它們被附著在石墨烯支架上,這是一個極薄的碳層。“我們能夠將鈀粒子以僅為2。5奈米的間隔附著在石墨烯上,”作為DESY奈米實驗室負責人的Stierle說。“這帶來了一個有規律的、週期性的結構”。該團隊還包括來自科隆大學和漢堡大學的研究人員,他們在美國化學學會(ACS)雜誌ACS Nano上發表了他們的發現。

DESY的X射線源PETRA III被用來觀察鈀粒子與氫氣接觸時發生的情況:氫氣粘附在奈米粒子的表面,幾乎沒有任何氫氣滲透到裡面。奈米顆粒可以被想象成類似於一種糖果:中心是一個銥核,被一層鈀包裹著,外面被氫氣包裹著“夾心巧克力”結構。回收儲存的氫氣所需要的只是加入少量的熱量;氫氣從粒子的表面迅速釋放出來,因為氣體分子不必從叢集內部擠出來。

“接下來,我們想弄清楚使用這種新方法可以達到什麼樣的儲存密度,”Stierle說。然而,在進行實際應用之前,仍然需要克服一些挑戰。例如,其他形式的碳結構可能是比石墨烯更合適的載體——專家們正在考慮使用含有微小孔隙的碳海綿,大量的鈀金奈米粒子更適合在這些孔中存在。

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