储气方式可以帮助下一代清洁能源汽车

时间:2020-04-24 18:09 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

储气方式可以帮助下一代清洁能源汽车

由美国西北大学领导的一个研究小组设计并合成了一种新型材料,这种材料具有超高的孔隙率和表面积,可用于燃料电池汽车储存氢和甲烷。这些气体是有吸引力的清洁能源,可以替代产生二氧化碳的化石燃料。

设计材料是一种金属-有机骨架材料(MOF),与传统吸附剂材料相比,它能以更安全的压力和更低的成本储存更多的氢和甲烷。

“我们已经为下一代清洁能源汽车开发了更好的氢气和甲烷气体的车载存储方法,”该研究的负责人奥马尔·k·法哈(Omar K. Farha)说。“为此,我们利用化学原理设计了具有精确原子排列的多孔材料,从而实现了超高孔隙率。”

吸附剂是将液体或气体分子吸附在其表面的多孔固体。由于它的纳米孔,一克西北材料样品(6颗m&m巧克力豆)的表面积可以覆盖1.3个足球场。

法哈说,这种新材料也可能成为整个气体储存行业的一个突破,因为许多行业和应用都需要使用压缩气体,如氧气、氢气、甲烷和其他气体。

法哈是温伯格文理学院的化学副教授。他也是西北大学国际纳米技术研究所的成员。

这项结合了实验和分子模拟的研究将于4月17日发表在《科学》杂志上。

储气方式可以帮助下一代清洁能源汽车

Farha是主要作者和通讯作者。Farha研究组的博士后陈志杰(音译)是第一作者之一。西北大学(Northwestern)化学教授、弗雷泽?斯托达特爵士(Sir Fraser Stoddart)实验室博士后研究员李鹏浩也是第一作者之一。斯托达特是这篇论文的作者之一。

这种名为NU-1501的超孔材料是由有机分子和金属离子或团簇自组装而成,形成多维、高结晶、多孔的框架结构。Farha说,为了描绘MOF的结构,设想一组小玩具,其中的金属离子或簇是圆形或方形节点,而有机分子是将节点连接在一起的棒。

氢动力和甲烷动力汽车目前需要高压压缩才能运行。氢气罐的压力是汽车轮胎的300倍。由于氢的密度低,完成这种压力的成本很高,而且由于这种气体高度易燃,它也可能不安全。

开发新型吸附剂材料可以在更低的压力下储存汽车上的氢和甲烷气体,这有助于科学家和工程师实现美国能源部开发下一代清洁能源汽车的目标。

为了达到这些目标,机载燃料箱的尺寸和重量都需要优化。在这项研究中,多孔材料平衡了氢气和甲烷的体积(尺寸)和重量(质量),使研究人员离实现这些目标又近了一步。

Farha说:“我们可以在MOFs的孔隙中储存大量的氢和甲烷,并以比目前燃料电池汽车所需的更低的压力将它们输送到汽车的发动机中。”

西北大学的研究人员构想了他们的MOFs,并与科罗拉多矿业学院的计算模型师合作,证实这类材料非常有趣。Farha和他的团队随后设计、合成和表征了这些材料。他们还与美国国家标准与技术研究所(NIST)的科学家合作进行了高压气体吸附实验。

这篇论文的标题是“在用于清洁能源的高度多孔材料中平衡体积和重量摄取”。

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