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設計新型的燃料電池由石墨烯包裹的納米晶體驅動

   日期:2019-05-27     來源:快資訊    作者:黑夜無燈火    瀏覽:26    
核心提示:石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。伯克利實驗室生產的石墨烯包裹鎂納
 石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。

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

氫是地球和宇宙中最輕、最豐富的元素。因此,科學家們將氫作為一種清潔、無碳、幾乎是無限的能源來開發汽車以及從便攜式發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品。

氫動力能源與當前汽車動力系統和其他能源技術更具競爭力,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)已經開發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用,這種材料具有良好的性能,容量,可逆性,動力學和穩定。伯克利實驗室研究員的一項主要作者新燃料電池相關公式的研究的,最近在自然通訊發表。

 

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動的汽車中,被稱為“金屬氫化物”(與金屬結合的氫)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定反應性材料,同時仍然利用它們獨特的活性概念,可以廣泛應用于電池、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-先進研究聯盟)的國家實驗室聯盟的一部分,該聯盟尋求更安全、更劃算的氫存儲。

包括豐田、本田和通用汽車在內的幾家主要汽車制造商已經投資開發氫燃料電池汽車,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的小型生產車型,使用壓縮氫燃料罐,氫燃料電池汽車的一個潛在優勢是氫的高比能,這意味著氫燃料電池可能比其他電池系統和燃料來源的重量更輕,同時產生更多的電能。

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,并延長許多其他應用的加油間隔時間。

高容量儲氫汽車遠程應用的性能超過現有電動車電池,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設備,在短期內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反應產生電子流,電子流以電流的形式傳導,產生水作為副產品。另一個關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,研究人員發現了一種簡單、可伸縮、成本效益高的技術,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生反應,形成一種更穩定的分子,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反應的速度和效率進一步提高燃料電池的電流轉換,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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