Trở nên nhỏ và mỏng để lưu trữ hydro tốt hơn
Nhỏ và mỏng để lưu trữ hydro tốt hơn.
Sự cộng tác bao gồm các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL), Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia, Viện công nghệ Ấn Độ Gandhinagar và Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley đã tạo ra các tấm nano hydrua kim loại siêu mỏng 3-4 nanomet giúp tăng khả năng lưu trữ hydro. Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Small.
Cần có các công nghệ lưu trữ năng lượng bền vững có thể giải quyết tính chất không liên tục của các nguồn năng lượng tái tạo. Các công nghệ dựa trên hydro đang hứa hẹn các giải pháp dài hạn giúp giảm phát thải khí nhà kính. Hydro có mật độ năng lượng cao nhất so với bất kỳ loại nhiên liệu nào và được coi là giải pháp khả thi cho giao thông vận tải mặt đất, máy bay và tàu biển.
Tuy nhiên, các nguồn nhiên liệu hydrocacbon vượt trội so với khí hydro nén về mật độ năng lượng thể tích, thúc đẩy sự phát triển của các phương pháp lưu trữ dựa trên vật liệu thay thế, mật độ cao hơn.
Hydrua kim loại phức hợp là một loại vật liệu lưu trữ hydro, trong khi có khả năng lưu trữ tuyệt đối cao, có thể yêu cầu áp suất và nhiệt độ cực cao để đạt được khả năng đó.
Nhóm đã giải quyết thách thức này bằng cách định cỡ nano, giúp tăng diện tích bề mặt để phản ứng với hydro và giảm độ sâu hydro hóa cần thiết. Các nghiên cứu trước đây đã phân tích magiê diborua (MgB2) ở kích thước nano, bao gồm cả công trình của LLNL, tuy nhiên, vật liệu trong nghiên cứu đó không mỏng bằng và được kết thành cụm lại với nhau.
Vật liệu được tạo ra trong lần hợp tác gần đây nhất này đến từ quá trình tẩy da chết cơ học không dung môi ở zirconia, thu được vật liệu chỉ dày 11-12 lớp nguyên tử và có thể hydro hóa gấp khoảng 50 lần công suất của vật liệu khối.
Sự tăng gấp 50 lần trong quá trình hydro hóa này tương ứng với tỷ lệ bề mặt so với thể tích tăng gấp 50 lần, cho thấy rằng cả vật liệu khối và vật liệu nanosheet đều hydro hóa xấp xỉ hai lớp đầu tiên, một hành vi phổ biến không phụ thuộc vào kích thước hạt. Đối với hai lớp ở hai bên của vật liệu nano lớp 11-12, điều này thể hiện một phần ba công suất hydro tối đa của MgB2.
MgB2 bao gồm các lớp magie và bo xen kẽ trong đó điện tích chuyển từ lớp magie sang lớp boron giúp ổn định lớp boron.
Các tính toán của LLNL tiết lộ rằng lớp phủ Mg không hoàn chỉnh trên bề mặt vật liệu ủng hộ mạnh mẽ cấu trúc bề mặt với các đảo phủ magiê hoàn toàn và các khu vực khác của các lớp boron bề mặt bị rối loạn kém ổn định hơn. Xây dựng từ nghiên cứu trước đây về sự xáo trộn của các lớp boron bề mặt, các tính toán cho thấy mức độ bao phủ của magiê trên MgB2 tiến hóa khi nó hydro hóa.
Keith Ray, nhà vật lý và tác giả của LLNL cho biết:
Những kết quả này cho thấy bề mặt MgB2 phản ứng với bo tiếp xúc có thể trở nên ổn định hơn như thế nào khi nó hydro hóa vì độ bao phủ magie tăng lên.
“Bằng cơ chế này, quá trình hydro hóa chậm lại và dừng lại trong điều kiện hydro hóa vừa phải.
Ông nói thêm: “Việc định cỡ nano hơn nữa hoặc một biến đổi hóa học mới để trì hoãn hoặc làm gián đoạn sự gia tăng lượng magie bề mặt có thể làm tăng thêm hiệu suất MgB2 dưới dạng vật liệu lưu trữ hydro”.
