Một vật liệu nano xốp có thể giữ hydro ở mật độ gấp đôi H2 lỏng đông lạnh có thể giải quyết những thách thức trong việc lưu trữ chất lỏng và khí quy mô lớn vốn kìm hãm loại nhiên liệu sạch này.
Một vật liệu có thể chứa lượng hydro gấp đôi so với các phương pháp hiện tại có thể giải quyết những thách thức của việc lưu trữ hydro quy mô lớn
AI được tạo ra bởi DALL-E
Hydro đang tìm thấy nhiều ứng dụng như một nhiên liệu sạch – trong xe tải và xe thương mại, hàng không tầm ngắn và vận chuyển, ví dụ, nơi nó mang nhiều năng lượng hơn đáng kể trên mỗi trọng lượng và thể tích so với pin lithium và có thể cung cấp số liệu về phạm vi vượt trội và tiếp nhiên liệu nhanh chóng. Bạn có thể đốt nó ít nhiều giống như xăng, hoặc chạy nó qua một pin nhiên liệu để tạo ra năng lượng điện.
Nó có năng lượng trên khối lượng cao nhất trong bất kỳ loại nhiên liệu nào, nhưng lại rất khó để lưu trữ. Giữ nó trong bình chứa khí và bạn sẽ cần khoảng 700 atm nén. Giữ nó ở dạng lỏng và bạn sẽ cần duy trì nhiệt độ đông lạnh chỉ 20 độ trên độ không tuyệt đối. Và ngay cả khi được nén thành chất lỏng siêu lạnh, nó có thể nhẹ, nhưng nó chiếm một lượng thể tích đáng ngạc nhiên và bất tiện, khiến nó vừa ngốn năng lượng vừa khó đóng gói khi không gian là vấn đề.
Hiện nay, các nhà nghiên cứu Hàn Quốc cho biết họ đã tạo ra một vật liệu có thể lưu trữ hydro ở mật độ gấp đôi dạng lỏng đông lạnh. Hyunchul Oh, từ Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST), tác giả chính của nghiên cứu mới này, cho biết: "Vật liệu cải tiến của chúng tôi đại diện cho sự thay đổi mô hình trong lĩnh vực lưu trữ hydro, cung cấp một giải pháp thay thế hấp dẫn cho các phương pháp tiếp cận truyền thống".
Là một phân tử, hydro có thể hấp thụ vật lý vào vật liệu xốp trong một quá trình gọi là hấp thụ vật lý. Các vật liệu xốp cao trước đây đã chứng minh khả năng lưu trữ một lượng lớn hydro trên một đơn vị khối lượng, nhưng chúng gặp khó khăn trong việc lưu trữ nhiều năng lượng trong một thể tích nhỏ.
Một cụm năm phân tử hydro (màu tím và đỏ) chiếm một lỗ rỗng trong vật liệuOh et al.
Cho đến nay. Nhóm nghiên cứu đã tổng hợp borohydride magiê nanoporous (Mg(BH4)2), một khung với các nguyên tử hydro tích điện âm một phần tạo thành bề mặt bên trong của nanopore, cho phép hấp thụ hydro và nitơ. Mặc dù cả nitơ và hydro đều có thể đi vào các lỗ rỗng, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng lượng khí hấp thụ đối với hydro lớn hơn gấp ba lần vì cả hai đều chiếm các vị trí hấp phụ khác nhau trong các lỗ rỗng.
Mật độ hydro cao trong các lỗ nhỏ, các nhà nghiên cứu quan sát thấy, là do hình dạng dị hướng (phụ thuộc vào hướng) của các phân tử hydro thường được thấy là các hình cầu đóng chặt ở áp suất gần với áp suất môi trường xung quanh. Vật liệu lưu trữ một cụm gồm năm phân tử hydro theo cách sắp xếp 3D, cải thiện khả năng chứa thể tích.
Họ phát hiện ra rằng Mg(BH4)2 có thể lưu trữ 144 g hydro trên một lít thể tích lỗ rỗng, con số chưa từng có, so với 70,8 g/L đạt được bởi H2 dạng lỏng đông lạnh – hoặc thậm chí là 86 g/l mà bạn có được từ hydro rắn.
Các nhà nghiên cứu cho biết phát hiện của họ giải quyết được những thách thức quan trọng trong việc lưu trữ hydro quy mô lớn và nâng cao hiệu quả cũng như tính khả thi về mặt kinh tế của hydro.
Liệu đây có phải là giải pháp cho máy bay chạy bằng hydro không? Có thể là không. Như Val Miftakhov của ZeroAvia đã giải thích với chúng tôi cách đây vài năm, các hệ thống H2 lỏng trong môi trường hàng không có thể đạt được tỷ lệ khối lượng hydro khoảng 30%, với 70% trọng lượng còn lại được thêm vào bởi các bình chứa và thiết bị làm lạnh đông lạnh. Theo nghiên cứu, vật liệu lưu trữ nanopore này cung cấp tỷ lệ khối lượng là 21,7% - do đó, nó mang gấp đôi năng lượng trên mỗi trọng lượng so với H2 dạng khí trong bình chứa, nhưng hệ thống chất lỏng đông lạnh sẽ nhẹ hơn.
Mặt khác, nó chắc chắn có thể đóng vai trò trong vận chuyển đường dài hoặc vận tải bằng xe tải, nơi mà trọng lượng ít là vấn đề và thể tích là yếu tố quan trọng hơn. Và chắc chắn, nó có vẻ là phương pháp tốt nhất cho các tình huống lưu trữ năng lượng tĩnh, trong đó hydro có thể được sử dụng ít nhiều giống như pin.
Chúng tôi muốn biết thêm về cách giải phóng hydro, nhiệt độ và áp suất mà hydro hoạt động, cũng như mức năng lượng mất đi trong cả chặng đường khi lưu trữ hydro theo cách này là bao nhiêu, nhưng chắc chắn đây là một bước tiến đột phá trong lĩnh vực này.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
