Khám phá các vật liệu lưu trữ hydro dựa trên magiê tiên tiến và các ứng dụng của chúng.
Là chất mang năng lượng, hydro có những ưu điểm nổi bật về mật độ năng lượng trọng lượng cao, độ phong phú cao và không phát thải, tuy nhiên việc lưu trữ và vận chuyển hiệu quả của nó vẫn là một vấn đề tắc nghẽn đối với các ứng dụng rộng rãi của năng lượng hydro.
Để giải quyết vấn đề như vậy, nhiều loại vật liệu lưu trữ hydro khác nhau đã được phát triển và nghiên cứu kỹ lưỡng trong những thập kỷ qua. Trong số đó, magie hydrua (MgH 2 ) được coi là một trong những vật liệu lưu trữ hydro hứa hẹn nhất vì công suất cao, khả năng đảo ngược tuyệt vời, trữ lượng magie đủ và chi phí thấp.
Tuy nhiên, các đặc tính nhiệt động và động học kém của MgH 2 đã hạn chế các ứng dụng thực tế của nó (entanpy của quá trình giải hấp hydro là 74,7 kJ mol -1 H 2 và hàng rào năng lượng giải hấp là khoảng 160 kJ mol -1 H 2 ).
Hợp kim, xúc tác và cấu trúc nano đã được đề xuất và áp dụng để khắc phục những nhược điểm nêu trên. Trong số các chiến lược này, việc đưa vào sử dụng chất xúc tác có thể làm thay đổi cấu hình điện tử cục bộ của Mg/MgH 2 và giảm rào cản năng lượng cho quá trình phân ly/tái hợp H 2 .
Các vật liệu dựa trên Mg có cấu trúc nano có ưu điểm là rút ngắn đường khuếch tán và tăng diện tích phản ứng bề mặt, do đó tốc độ hấp thụ và giải hấp hydro có thể được tăng tốc đáng kể. Ý tưởng thiết kế vật liệu lưu trữ hydro dựa trên Mg có cấu trúc nano vỏ lõi nhằm mục đích tổng hợp các điểm mạnh của hai phương pháp biến đổi trên.
Thông qua chiến lược như vậy, các vật liệu dựa trên Mg tiên tiến với cấu trúc nano vỏ lõi có thể được chế tạo và tối ưu hóa, điều này hứa hẹn cho cả ứng dụng di động và cố định.
Một đánh giá mới của nhóm Giáo sư Jianxin Zou tại Đại học Shanghai Jiao Tong đã tóm tắt tiến trình nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu lưu trữ hydro dựa trên magie cấu trúc nano lõi-vỏ đã được công bố trên tạp chí Hóa học & Vật liệu Công nghiệp gần đây, trong đó chủ yếu tập trung vào các phương pháp điều chế, cấu trúc vi mô tính chất và cơ chế liên quan.
Mục tiêu là chỉ ra các nguyên tắc thiết kế và xu hướng nghiên cứu trong tương lai của vật liệu lưu trữ hydro dựa trên Mg cho các ứng dụng công nghiệp.
Vật liệu lưu trữ hydro dựa trên Mg có cấu trúc nano vỏ lõi cho thấy động học hấp thụ và giải hấp hydro tuyệt vời cũng như hiệu suất đạp xe dài hạn. Ngoài ra, cấu trúc độc đáo như vậy làm cho vật liệu tổng hợp có một số đặc tính độc đáo, ví dụ như khả năng oxy hóa chống không khí, tốc độ thủy phân nhanh, v.v.
Khi xem xét những vấn đề trên, nhóm của Zou đề xuất một tầm nhìn sáng sủa về việc sử dụng vật liệu lưu trữ hydro dựa trên Mg có cấu trúc nano vỏ lõi trong tương lai. Hydro xanh thân thiện với môi trường có thể thu được bằng cách điện phân nước sử dụng điện được tạo ra từ các nguồn tái tạo, như năng lượng mặt trời và năng lượng gió, và hydro được dự trữ trong bể chứa hydro rắn dựa trên Mg.
Các vật liệu dựa trên Mg có cấu trúc nano vỏ lõi có thể hấp thụ và giải hấp hydro ở nhiệt độ tương đối thấp, giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng trong quá trình lưu trữ và giải phóng hydro. Hệ thống lưu trữ sản xuất hydro bằng cách nhiệt phân hoặc thủy phân, có thể cung cấp hydro cho pin nhiên liệu để phát điện, nguồn điện dự phòng di động quy mô nhỏ, sử dụng trong công nghiệp, v.v.
Gần đây, một rơ moóc lưu trữ và thoát hơi hydro trạng thái rắn dựa trên Mg (MH-100T) có trọng tải được trang bị 12 thùng lưu trữ hydro thể rắn và 14,4 tấn viên hợp kim dựa trên Mg-Ni xốp số lượng lớn đã chính thức ra mắt, mở ra một kỷ nguyên mới cho việc lưu trữ và vận chuyển hydro ở trạng thái rắn.
Trong tương lai, các vật liệu dựa trên Mg có cấu trúc nano vỏ lõi có đặc tính hấp thụ hydro tốt hơn, như nhiệt độ giải hấp hydro thấp hơn, tốc độ hấp phụ nhanh hơn và khả năng lưu trữ cao hơn, có thể được áp dụng để cải thiện hơn nữa hiệu suất của hệ thống lưu trữ hydro dựa trên Mg và mở rộng lĩnh vực ứng dụng của họ trong ngành công nghiệp hydro.
Các hệ thống lưu trữ hydro dựa trên Mg đã thu hút nhiều sự chú ý cho các ứng dụng khả thi làm chất mang hydro do mật độ lưu trữ hydro cao, hiệu suất tuần hoàn tốt và lượng Mg dồi dào trên trái đất.
Việc giảm nhiệt độ giải hấp hydro xuống phạm vi tương ứng với nhiệt thải của cụm pin nhiên liệu (khoảng 60-150 o C) có lẽ là mục tiêu quan trọng nhất của nghiên cứu về vật liệu lưu trữ hydro có cấu trúc nano hiện nay.
Tuy nhiên, thách thức lớn nhất vẫn là hiện tại không có khả năng kiểm soát đồng thời động học, nhiệt động lực học và hoạt động tuần hoàn một cách đơn giản và hiệu quả. Nhiều nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết đã chỉ ra mối quan hệ giữa cấu trúc lõi-vỏ và khả năng hấp phụ hydro được cải thiện của Mg/MgH 2 .
Điều đặc biệt quan trọng là tìm ra các thông số xử lý và lộ trình kỹ thuật tối ưu để tổng hợp hạt nano Mg/MgH 2 cấu trúc nano lõi- vỏ tiên tiến với kích thước nhỏ hơn và lớp vỏ xúc tác tốt hơn nhằm cải thiện tính chất lưu trữ hydro và cân bằng giữa lợi ích và chi phí nhằm đáp ứng yêu cầu. cho các ứng dụng công nghiệp.
Hơn nữa, các nguyên tắc thiết kế mới cho các vật liệu lưu trữ hydro có cấu trúc nano cụ thể khác nhau cần được phát triển trong tương lai, chẳng hạn như kiểm soát chính xác hiệu ứng xúc tác trong mạng Mg/MgH 2 ở cấp độ nguyên tử, thành phần và tối ưu hóa cấu trúc bằng kỹ thuật gen vật liệu. phương pháp luận, v.v.
Zou nói:
Trong bài đánh giá này, chúng tôi muốn cung cấp cho độc giả những nghiên cứu và phát triển mới nhất về vật liệu lưu trữ hydro dựa trên Mg tiên tiến cũng như triển vọng tương lai của chúng trong lĩnh vực năng lượng hydro.
Khám phá các vật liệu lưu trữ hydro dựa trên magiê tiên tiến và các ứng dụng của chúng,
