Новая технология хранения водородного топлива

Новая технология хранения водородного топлива

Транспортные средства, где топливом выступает водород, выделяют в виде выхлопных газов исключительно водяной пар. Соответственно, такая технология — более чистая альтернатива транспорту, действующему на основе ископаемого топлива. Однако чтобы автомобили на водороде получили статус «мейнстримных», учёным требуется создать более эффективные технологии хранения водорода. И вот на страницах журнала «Chemistry of Materials», появилась публикация, где описывается использование металлоорганических каркасов под ёмкости хранения водорода при условиях нормальной эксплуатации.

Системы хранения водорода

Согласно отчётам Министерства энергетики США, в 2017 году на территории страны действовали 34 заправочных станции, из которых 31 водородная станция в Калифорнии. Наряду с увеличением заправочной инфраструктуры, необходимы технологические достижения для широкого внедрения водородных автомобилей.

В частности, требуются улучшенные системы хранения водорода, способные увеличить дальность движения автомобилей при одновременном снижении транспортных издержек.

Современные автомобили, работающие на водороде, используют дорогие, громоздкие системы охлаждения или сжатия для хранения достаточного количества газа, чтобы достигать приемлемой дальности пробега.

Американские учёные задались вопросом: возможно ли использование MOF (металлоорганических каркасов) под хранение увеличенной массы топлива при стандартных условиях вождения?

MOF — это соединения, содержащие ионы металлов, координированные с органическими лигандами. Трехмерные структуры некоторых MOF способствуют образованию пор, сильно адсорбирующих молекулы газообразного водорода, заставляя последние контактировать с другими молекулами. Такой эффект, в условиях близких к окружающим, сопровождается конденсацией газа.

Чтобы определить наилучшую структуру MOF для хранения водорода, исследовательская группа исследовала четыре различных соединения. Два состояния, содержащие никель, и два состояния, содержащие кобальт, — элементов, исполняющих роль координирующих металлов.

В процессе исследований MOF Ni2 (m-dobdc) продемонстрировал самую высокую способность хранения газа в широком диапазоне рабочих давлений и температур.

Результаты экспериментальных процедур

В условиях температуры окружающей среды и значительно более низком давлении в баке (что характерно для современных водородных транспортных средств), Ni2 (m-dobdc) показал рекорд ёмкости для размещения газа — 11,9 г топлива на литр кристалла MOF. К тому же используемый MOF обладал значительно большей ёмкостью хранения, чем позволяет сжатый газообразный продукт при тех же условиях.

Когда исследовательская группа провела тщательный анализ структуры MOF с помощью нейтронографии, обнаружилось, что одна пора содержала семь специфических сторон связывания для газообразного вещества, которыми обеспечивалась плотная упаковка топлива.


При помощи информации: ACS