A material that can hold twice the amount of hydrogen as current methods could address the challenges of large-scale hydrogen storage
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一種奈米多孔材料所容納的氫的密度是低溫液態氫的兩倍，可以解決大規模液體和氣體儲存的挑戰，這些挑戰阻礙了這種清潔燃料的發展。
氫作為一種清潔燃料有著廣泛的應用——例如，在卡車運輸和商用車、短程航空和航運中，氫在單位重量和體積上攜帶的能量比鋰電池多得多，並且可以提供卓越的續航里程和快速加油。您可以或多或少像汽油一樣燃燒它，或者透過燃料電池運行它來發電。
它的單位質量能量是所有燃料中最高的，但儲存起來很麻煩。將其存放在儲氣罐中，您將需要大約 700 大氣壓的壓縮。如果將其保持為液體，您需要將低溫保持在絕對零度以上 20 度的水平。即使被壓成過冷液體，它也可能很輕，但它所佔的體積令人驚訝且不方便，這使得它既耗能又難以在空間有限的情況下進行包裝。
現在，韓國研究人員表示，他們已經創造出一種材料，其儲存氫的密度是低溫液體形式的兩倍。這項新研究的主要作者、來自蔚山國家科學技術研究所 (UNIST) 的 Hyunchul Oh 表示：“我們的創新材料代表了儲氫領域的範式轉變，為傳統方法提供了令人信服的替代方案。”
作為分子，氫可以物理吸附到多孔材料中，這個過程稱為物理吸附。高度多孔的材料先前已被證明能夠在單位質量內儲存大量氫氣，但它們一直難以在小體積內儲存大量能量。
由五個氫分子（紫色和紅色）組成的簇佔據材料中的一個孔
到目前為止。該團隊合成了奈米多孔硼氫化鎂（Mg(BH 4 ) 2），這是一種具有部分帶負電的氫原子的框架，形成奈米孔的內表面，能夠吸收氫和氮。儘管氮氣和氫氣都可以進入孔隙，但研究人員發現，由於兩者在孔隙中佔據不同的吸附位點，因此氫氣的氣體吸收量要大三倍。
研究人員觀察到，小孔中的高氫密度是由於氫分子的各向異性（方向相關）形狀造成的，氫分子在接近環境壓力下通常被視為密堆積球體。該材料以 3D 排列方式儲存五個氫分子簇，從而提高了體積容量。
他們發現，Mg(BH 4 ) 2可以在每公升孔隙體積中儲存前所未有的 144 克氫，而低溫液體 H2 的儲存量為 70.8 克/公升，甚至固體氫的儲存量為 86 克/公升。
研究人員表示，他們的發現解決了大規模儲氫的關鍵挑戰，並提高了氫的效率和經濟可行性。
這會是氫動力飛機的解決方案嗎？可能不是。正如ZeroAvia 的 Val Miftakhov幾年前向我們解釋的那樣，航空環境中的液態氫系統可以實現 30% 左右的氫氣質量分數，另外 70% 的重量由儲罐和低溫冷卻裝置增加。根據這項研究，這種奈米孔儲存材料的質量分數為 21.7%，因此它單位重量攜帶的能量是儲槽中氣態 H2 的兩倍，但低溫液體系統會更輕。
另一方面，它肯定可以在長途運輸或卡車運輸中發揮作用，因為重量不那麼重要，而體積更重要。當然，這似乎是迄今為止靜態儲能情況下的最佳方法，其中氫或多或少可以像電池一樣使用。
我們想更多地了解它是如何釋放的，它在什麼樣的溫度和壓力下工作，以及以這種方式儲存氫的往返能量損失可能是多少，但這看起來確實是該領域的突破性發展。
The study was published in the journal Nature Chemistry.
Source: UNIST