ظرفیت ذخیره‌سازی هیدروژن با نانولایه‌ها بهبود می‌یابد

محققان موسسه فناوری گاندیناگر، آزمایشگاه‌های ملی ساندیا و آزمایشگاه ملی لارنس برکلی همکاری مشترکی برای ساخت نانولایه‌هایی ۳-۴ نانومتری از جنس هیدرید فلزی آغاز کردند که باعث تقویت ظرفیت ذخیره‌سازی هیدروژن می‌شود.

کد خبر: ۱۰۶۱۹۳۳

دوشنبه - ۰۱ اسفند ۱۴۰۱ / February 20, 2023

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان موسسه فناوری گاندیناگر، آزمایشگاه‌های ملی ساندیا و آزمایشگاه ملی لارنس برکلی همکاری مشترکی برای ساخت نانولایه‌هایی ۳-۴ نانومتری از جنس هیدرید فلزی آغاز کردند که باعث تقویت ظرفیت ذخیره‌سازی هیدروژن می‌شود. این مطالعه در مجله Small منتشر شده است.

سیستم‌های ذخیره انرژی پایدار برای مقابله با ماهیت نامنظم منابع انرژی تجدیدپذیر مورد نیاز است. فناوری‌های مبتنی بر هیدروژن رویکرد‌های طولانی مدت بالقوه برای کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای را فراهم می‌کند. با توجه به داشتن بالاترین چگالی انرژی، تصور می‌شود هیدروژن گزینه‌ای عملی برای وسایل نقلیه دریایی، هوایی و زمینی است.

با این حال، از نظر چگالی انرژی حجمی، منابع سوخت هیدروکربنی از گاز هیدروژن فشرده پیشی می‌گیرند. اگرچه آن‌ها از ظرفیت ذخیره‌سازی مطلق زیادی نسبت به هیدروژن برخوردار هستند، هیدرید‌های فلزی پیچیده یک کلاس از مواد ذخیره سازی هیدروژن هستند که پتانسیل قرار گرفتن در معرض فشار‌ها و درجه حرارت‌های بسیار بالا را دارند.

دانشمندان با فناوری‌نانو، بر این مشکل غلبه می‌کنند، که باعث افزایش سطح موجود برای واکنش‌های هیدروژن می‌شود. منیزیم دیبوراید (MGB ۲) پیش از این مورد مطالعه قرار گرفته است، با این حال، مواد مورد استفاده در این مطالعه‌ها به اندازه‌ای نازک نبوده و ساختار‌های خوشه‌ای تشکیل می‌شد.

مواد توسعه یافته در این پروژه از طریق لایه‌برداری مکانیکی بدون حلال در زیرکونیا تولید شده است، در نتیجه موادی که فقط ۱۱-۱۲ لایه اتمی ضخامت دارند و می‌توانند با ظرفیت حدود ۵۰ برابر بیشتر نسبت ماده توده‌ای هیدروژن جذب کنند.

این افزایش ۵۰ برابری هیدروژناسیون با افزایش ۵۰ برابری نسبت سطح به حجم ارتباط دارد و این نشان می‌دهد که جذب هیدروژن در مواد توده‌ای و لایه‌ای تقریباً در دو لایه اول رخ می‌دهد، رفتاری که مستقل از اندازه ذرات است. این میزان جذب معادل یک سوم حداکثر ظرفیت جذب هیدروژن در MGB ۲ برای دو لایه در هر دو طرف نانومواد ۱۱-۱۲ لایه است.

محاسبات نشان می‌دهد که چگونه پوشش منیزیم در MGB ۲ هنگام جذب هیدروژن، تغییر می‌کند. این نتایج نشان می‌دهد که چگونه سطح MGB ۲ زمانی که هیدروژن ذخیره می‌کند پایدارتر شود، زیرا جذب هیدروژن موجب افزایش پوشش منیزیم می‌شود. با استفاده از این مکانیسم می‌توان فهمید که چرا هیدروژناسیون برای شرایط هیدروژناسیون متوسط کند و متوقف می‌شود.

کیت ری از آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور می‌گوید: «اصلاح شیمیایی یا کاهش ابعاد در مقیاس نانو می‌تواند باعث افزایش بیشتر عملکرد MGB ۲ به‌عنوان یک ماده ذخیره‌سازی هیدروژن شود.»