新型氫燃料電池：由石墨烯包裹鎂納米晶體驅(qū)動

?新型氫燃料電池：由石墨烯包裹鎂納米晶體驅(qū)動

伯克利實驗室生產(chǎn)的石墨烯包裹鎂納米晶粉狀混合物在空氣中是穩(wěn)定的。這種混合物的能量特性顯示出在氫燃料電池



氫是地球和宇宙中最輕、最豐富的元素。因此，科學(xué)家們將氫作為一種清潔、無碳、幾乎是無限的能源來開發(fā)汽車以及從便攜式發(fā)電機到電信塔等一系列其他用途，而水則是燃燒的唯一副產(chǎn)品。



氫動力能源與當前汽車動力系統(tǒng)和其他能源技術(shù)更具競爭力，研究人員在美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)已經(jīng)開發(fā)出一種新材料配方的強度氫燃料電池，周圍貯氫鎂納米晶體與自動薄石墨烯上推進其性能。石墨烯可以保護納米晶體不受氧氣、水分和污染物的影響，而微小的自然孔可以讓較小的氫分子通過。該過濾工藝克服了金屬氫化物儲氫性能下降的常見問題。



這些石墨烯包裹的鎂晶體充當氫的“海綿”，提供了一種非常緊湊和安全的方式來吸收和儲存氫。納米晶體還允許更快的燃料，并減少整體“油箱”的大小。



金屬氫化物材料儲氫燃料電池汽車的應(yīng)用，這種材料具有良好的性能，容量，可逆性，動力學(xué)和穩(wěn)定。伯克利實驗室研究員的一項主要作者新燃料電池相關(guān)公式的研究的，最近在自然通訊發(fā)表。

新型氫燃料電池：由石墨烯包裹鎂納米晶體驅(qū)動

氧化石墨烯薄片(紅色薄片)具有天然的原子級缺陷，允許氫氣分子通過，同時阻止氧(O2)和水(H2O)等



在使用這些材料的氫燃料電池驅(qū)動的汽車中，被稱為“金屬氫化物”(與金屬結(jié)合的氫)燃料電池，注入汽車的氫氣將被鎂納米晶體粉末化學(xué)吸收，并在低壓下變得安全。這項研究表明了未來氫儲存和使用的可能性。



這些材料代表了一種普遍適用的方法來穩(wěn)定反應(yīng)性材料，同時仍然利用它們獨特的活性概念，可以廣泛應(yīng)用于電池、催化和高能材料。這項研究是在伯克利實驗室的分子鑄造和先進光源實驗室進行的，是一個名為HyMARC(氫材料-先進研究聯(lián)盟)的國家實驗室聯(lián)盟的一部分，該聯(lián)盟尋求更安全、更劃算的氫存儲。



包括豐田、本田和通用汽車在內(nèi)的幾家主要汽車制造商已經(jīng)投資開發(fā)氫燃料電池汽車，但氫燃料電池汽車尚未在汽車銷售方面取得重大進展。事實上，豐田去年在美國推出了一款名為Mirai的小型生產(chǎn)車型，使用壓縮氫燃料罐，氫燃料電池汽車的一個潛在優(yōu)勢是氫的高比能，這意味著氫燃料電池可能比其他電池系統(tǒng)和燃料來源的重量更輕，同時產(chǎn)生更多的電能。



衡量氫燃料電池每重量的能量儲存能力，即所謂的“重力能量密度”，大約是汽油的三倍。如果有效利用這一重要特性，可以擴大氫基運輸車輛的總行駛里程，并延長許多其他應(yīng)用的加油間隔時間。



高容量儲氫汽車遠程應(yīng)用的性能超過現(xiàn)有電動車電池，如固定電源,叉車和機場車輛、便攜式電源像筆記本電腦電池充電器、便攜式照明、水和污水泵和緊急服務(wù)設(shè)備，在短期內(nèi)可能更適合的氫燃料電池,。



金屬氫化物儲存的一個障礙是在單元循環(huán)過程中吸收(吸收)和釋放(解吸)氫的速度相對較慢。在燃料電池中，涉及氫和氧的單獨化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電子流，電子流以電流的形式傳導(dǎo)，產(chǎn)生水作為副產(chǎn)品。另一個關(guān)鍵是保護鎂不暴露在空氣中，這將使它不能用于燃料電池。在分子鑄造廠工作時，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種簡單、可伸縮、成本效益高的技術(shù)，可以將石墨烯片和氧化鎂納米晶體混合在一起。注入燃料電池混合物的氫氣與鎂納米晶體發(fā)生反應(yīng)，形成一種更穩(wěn)定的分子，稱為氫化鎂，同時阻止氧氣進入鎂。



下一步的研究將集中在使用不同類型的催化劑可以提高化學(xué)反應(yīng)的速度和效率進一步提高燃料電池的電流轉(zhuǎn)換,在研究不同類型的材料是否還可以提高燃料電池的整體能力。

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