新一代清洁能源汽车的新型纳米孔储气库

时间:2020-06-16 17:33 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

新一代清洁能源汽车的新型纳米孔储气库

大量的氢和甲烷可以储存在纳米孔隙中。

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,可以为燃料电池汽车储存氢气和甲烷。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。

这种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,它可以在更安全的压力下以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一种更好的氢气和甲烷气体的板载储存方法。负责这项研究的奥马尔·k·法哈说。为此,我们利用化学原理来设计具有精确原子排列的多孔材料,从而达到超高孔隙率的目的。

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,一克的西北材料样品(6个M&Ms的体积)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。

法哈是文理学院的化学副教授。他也是西北国际纳米技术研究所的成员。

这项结合实验和分子模拟的研究发表在今天(2020年4月17日)的《科学》杂志上。

Farha是主要作者和通讯作者。Farha’s集团博士后研究员陈志杰(音译)是第一作者之一。西北大学化学教授弗雷泽·斯托达特(Fraser Stoddart)实验室博士后研究员,也是第一作者之一。斯托达特是这篇论文的作者之一。

被称为n -1501的超孔金属氧化物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、多孔的骨架。为了描绘MOF的结构,Farha说,设想一套小玩意,其中的金属离子或簇是圆形或方形的节点,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。氢气罐的压力比汽车轮胎的压力大300倍。由于氢气的密度低,实现这种压力的成本很高,而且这种气体高度易燃,因此也不安全。

开发一种新的吸附剂材料,可以在更低的压力下在汽车上储存氢气和甲烷气体,这可以帮助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,机载燃料箱的大小和重量都需要优化。在本研究中,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。

我们可以在燃料电池的孔隙中储存大量的氢和甲烷,并将它们以比目前燃料电池汽车所需的更低的压力输送到汽车的发动机中。Farha说。

西北大学的研究人员构思了他们的MOFs的想法,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。然后Farha和他的团队设计、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。

参考文献:用于清洁能源的高孔隙材料的平衡体积和重量摄取;陈志杰、李鹏浩、赖瑟·安德森、王星杰、张轩、李罗宾逊、路易斯·r·雷德芬、辛亚·莫里贝、Timur Islamoglu、迭戈·a·g;梅兹-古尔德;塔纳·耶尔德勒姆、j·弗雷泽·斯托达特和奥马尔·k·法哈,2020年4月17日,《科学》。

DOI: 10.1126 / science.aaz8881

这项研究得到了美国能源部能源效率和可再生能源办公室的支持。德# 8208;EE0008816)。

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