新型氫燃料電池：由石墨烯包裹鎂納米晶體驅(qū)動(dòng)

?新型氫燃料電池：由石墨烯包裹鎂納米晶體驅(qū)動(dòng)

伯克利實(shí)驗(yàn)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(wú)碳、幾乎是無(wú)限的能源來(lái)開(kāi)發(fā)汽車(chē)以及從便攜式發(fā)電機(jī)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(dòng)力能源與當(dāng)前汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)和其他能源技術(shù)更具競(jìng)爭(zhēng)力，研究人員在美國(guó)能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(伯克利實(shí)驗(yàn)室)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新材料配方的強(qiáng)度氫燃料電池，周?chē)A氫鎂納米晶體與自動(dòng)薄石墨烯上推進(jìn)其性能。石墨烯可以保護(hù)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(guò)。該過(guò)濾工藝克服了金屬氫化物儲(chǔ)氫性能下降的常見(jiàn)問(wèn)題。



這些石墨烯包裹的鎂晶體充當(dāng)氫的“海綿”，提供了一種非常緊湊和安全的方式來(lái)吸收和儲(chǔ)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(chǔ)氫燃料電池汽車(chē)的應(yīng)用，這種材料具有良好的性能，容量，可逆性，動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定。伯克利實(shí)驗(yàn)室研究員的一項(xiàng)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(dòng)

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



在使用這些材料的氫燃料電池驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)中，被稱(chēng)為“金屬氫化物”(與金屬結(jié)合的氫)燃料電池，注入汽車(chē)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(xiàng)研究表明了未來(lái)氫儲(chǔ)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(lái)穩(wěn)定反應(yīng)性材料，同時(shí)仍然利用它們獨(dú)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(xiàng)研究是在伯克利實(shí)驗(yàn)室的分子鑄造和先進(jìn)光源實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，是一個(gè)名為HyMARC(氫材料-先進(jìn)研究聯(lián)盟)的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)盟的一部分，該聯(lián)盟尋求更安全、更劃算的氫存儲(chǔ)。



包括豐田、本田和通用汽車(chē)在內(nèi)的幾家主要汽車(chē)制造商已經(jīng)投資開(kāi)發(fā)氫燃料電池汽車(chē)，但氫燃料電池汽車(chē)尚未在汽車(chē)銷(xiāo)售方面取得重大進(jìn)展。事實(shí)上，豐田去年在美國(guó)推出了一款名為Mirai的小型生產(chǎn)車(chē)型，使用壓縮氫燃料罐，氫燃料電池汽車(chē)的一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)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(lái)源的重量更輕，同時(shí)產(chǎn)生更多的電能。



衡量氫燃料電池每重量的能量?jī)?chǔ)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(kuò)大氫基運(yùn)輸車(chē)輛的總行駛里程，并延長(zhǎng)許多其他應(yīng)用的加油間隔時(shí)間。



高容量?jī)?chǔ)氫汽車(chē)遠(yuǎn)程應(yīng)用的性能超過(guò)現(xiàn)有電動(dòng)車(chē)電池，如固定電源,叉車(chē)和機(jī)場(chǎng)車(chē)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(chǔ)存的一個(gè)障礙是在單元循環(huán)過(guò)程中吸收(吸收)和釋放(解吸)氫的速度相對(duì)較慢。在燃料電池中，涉及氫和氧的單獨(dú)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(gè)關(guān)鍵是保護(hù)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(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)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(chēng)為氫化鎂，同時(shí)阻止氧氣進(jìn)入鎂。



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

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