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如何將固態儲氫技術的加氫速度提高5倍

鉅大LARGE  |  點擊量:1306次  |  2020年02月26日  

氫是一種清潔的汽車燃料,但是儲存氫仍然面對許多挑戰。Helmholtz-ZentrumGeesthacht材料和海岸研究中心(HZG)的材料研究人員正在開發基于輕金屬氫化物的儲氫系統。他們現在鉅大鋰電在科學雜志《自然科學報告》上發表了一個新概念,通鋰離子電池過這個新概念,這些系統可以在工作溫度低于180攝氏度的情況下,第一次以五倍的速度完成氫氣加注。


氫是碳中性交通的完美解決方案,假如這種氣體是由風力等可再生能源產生的。氫在容器中,不會產生一克二氧化碳;只有水蒸氣。氫利用的限制因素之一是缺乏有效的儲存系統。在目前的燃料電池汽車中,氫被注入壓力高達700bar的高壓氣罐中,這是一項昂貴的技術。基于酰胺氫化物的固態儲氫方式是一種很有前途的選擇。


所謂的鎂氫化物已經被Helmholtz-ZentrumGee鋰離子電池sthacht作為潛在的儲氫系統研究了好幾年。與傳統壓力容器相比,它的優點是:每單位體積能儲存更多的氫,因此也就能夠儲存更多的能量。舉個例子:一輛燃料電池汽車可以用5公斤氫氣行駛大約500公里。一個高壓容器要122升的容積才能裝下5公斤氫,而鋰離子電池廠家一個鎂氫容器只要46升的容積就可以裝下同樣重量的氫。然而,問題是,要在大約300攝氏度的高溫下完成氫氣的填充。


為了降低溫度,研究人員使用了鉀等添加劑。ClaudioPistidda是Helmholtz-ZentrumGeesthacht的納米技術部門的一位材料研究員,同時也是相關論文的作者之一,他解釋說:不幸的是,這些添加物常常導致儲氫容量的急劇下降。因此,我們開發了一種新的反應性氫化物復合體系,該體系具有很高的儲氫能力,可以在180攝氏度的工作溫度下非常迅速地裝滿和排出氫氣。


例如,為鎂-酰胺基氫化物注入5公斤氫燃料的過程大約要30分鐘。HZG的科學家們現在已經成功地將兩種添加劑結合在一起,從而大大減少了系統填充和排出所需的時間。科學家們已經使用專門的磨機將鉀和鈦酸鹽以及鎂-酰胺基氫化物磨成微小的納米顆粒。這大大新增了單個粒子的表面積,允許它們結合更多的氫。


HZG的博士生GökhanGizer為了這項研究進行了無數次的實驗。三年后,他取得了突破:在研究中,研究人員能夠證明所開發的添加劑起到了催化劑的作用,并加速了氫在反應性氫化物復合體系中的負載。GökhanGizer解釋說:我們發明了一種催化劑,可使加注過程的速度提高約五倍。


一般來說,金屬氫化物儲罐的充放取決于傳熱、氣體通過氫化物的運動以及與氫化物的反應速率。詳細了解這些過程構成了科學家研究的基礎。具有真正附加價值的基礎研究:這項研究的結果使我們離有競爭力的儲氫技術又近了一大步,Pistidda博士解釋道。


納米技術部門的科學家們目前正致力于優化這些新材料的反應動力學,以使它們有資格在汽車上進行實際的技術應用。


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