ظرفیت ذخیره‌سازی هیدروژن با نانولایه‌ها افزایش می‌یابد

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از تارنمای آزو نانو (AZO NANO)، سیستم‌های ذخیره انرژی پایدار برای مقابله با ماهیت نامنظم منابع انرژی تجدیدپذیر مورد نیاز است. فناوری‌های مبتنی بر هیدروژن رویکردهای طولانی مدت بالقوه برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای را فراهم می‌کند. با توجه به داشتن بالاترین چگالی انرژی، تصور می‌شود هیدروژن گزینه‌ای عملی برای وسایل نقلیه دریایی، هوایی و زمینی است.

با این حال، از نظر چگالی انرژی حجمی، منابع سوخت هیدروکربنی از گاز هیدروژن فشرده پیشی می‌گیرند. اگرچه آن‌ها از ظرفیت ذخیره‌سازی مطلق زیادی نسبت به هیدروژن برخوردار هستند، هیدریدهای فلزی پیچیده یک کلاس از مواد ذخیره سازی هیدروژن هستند که ظرفیت قرار گرفتن در معرض فشارها و درجه حرارت‌های بسیار بالا را دارند.

دانشمندان با فناوری‌نانو، بر این مشکل غلبه می‌کنند که باعث افزایش سطح موجود برای واکنش‌های هیدروژن می‌شود. منیزیم دیبوراید (MGB۲) پیش از این مورد مطالعه قرار گرفته است، با این حال، مواد مورد استفاده در این مطالعات به اندازه‌ای نازک نبوده و ساختارهای خوشه‌ای تشکیل می‌شد.

مواد توسعه یافته در این پروژه از طریق لایه‌برداری مکانیکی بدون حلال در زیرکونیا تولید شده است، در نتیجه موادی که فقط ۱۱-۱۲ لایه اتمی ضخامت دارند و می‌توانند با ظرفیت حدود ۵۰ برابر بیشتر نسبت ماده توده‌ای هیدروژن جذب کنند. این افزایش ۵۰ برابری هیدروژناسیون با افزایش ۵۰ برابری نسبت سطح به حجم ارتباط دارد و این نشان می‌دهد که جذب هیدروژن در مواد توده‌ای و لایه‌ای تقریباً در دو لایه اول رخ می‌دهد، رفتاری که مستقل از اندازه ذرات است. این میزان جذب معادل یک سوم حداکثر ظرفیت جذب هیدروژن در منیزیم دیبوراید MGB۲ برای دو لایه در هر دو طرف نانومواد ۱۱-۱۲ لایه است.

محاسبات نشان می‌دهد که چگونه پوشش منیزیم در MGB۲ هنگام جذب هیدروژن، تغییر می‌کند. این نتایج نشان می‌دهد که چگونه سطح منیزیم دیبوراید زمانی که هیدروژن ذخیره می‌کند پایدارتر شود، زیرا جذب هیدروژن موجب افزایش پوشش منیزیم می‌شود. با استفاده از این مکانیسم می‌توان فهمید که چرا هیدروژناسیون برای شرایط هیدروژناسیون متوسط کند و متوقف می‌شود.

کیت ری از آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در این زمینه توضیح داد: اصلاح شیمیایی یا کاهش ابعاد در مقیاس نانو می‌تواند باعث افزایش بیشتر عملکرد منیزیم دیبوراید MGB۲ به‌عنوان یک ماده ذخیره‌سازی هیدروژن شود.

این مطالعه در نشریه علمی Small منتشر شده است.