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新型纳米孔材料储存的氢比固态氢本身多67%

文章来源：新能源网更新时间：2024-02-26 15:28:09

氢作为一种清洁燃料，在卡车、商用车、短程航空和航运等领域有着广泛的应用，其单位重量和单位体积的能量比锂电池高得多，而且续航里程更长，加油更快。您可以像燃烧汽油一样或多或少地燃烧它，也可以通过燃料电池产生电力。

在所有燃料中，它的单位质量能量最高，但储存起来很麻烦。把它保存在气罐里，需要大约 700 个大气压的压缩。如果将其保存为液体，则需要保持比绝对零度高出 20 度的低温。即使把它压缩成超冷液体，它的重量可能很轻，但它所占的体积却令人吃惊，而且很不方便，这使得它既耗能，又很难在空间有限的地方进行包装。

现在，韩国研究人员称，他们已经创造出一种材料，能以比低温液态氢密度高一倍的密度储存氢。这项新研究的第一作者、蔚山国立科学技术研究院（UNIST）的 Hyunchul Oh 说："我们的创新材料代表了氢气存储领域的范式转变，为传统方法提供了令人信服的替代方案。"

作为一种分子，氢可以通过一种叫做物理吸附的过程物理吸附到多孔材料中。高多孔材料以前曾展示过在单位质量内储存大量氢的能力，但它们在小体积内储存大量能量方面却一直很吃力。

由五个氢分子（紫色和红色）组成的分子团占据了材料中的一个孔隙

直到现在。研究小组合成了纳米多孔硼氢化镁（Mg(BH4)2），这种框架由部分带负电荷的氢原子构成纳米孔的内表面，能够吸附氢气和氮气。虽然氮气和氢气都能进入孔隙，但研究人员发现，由于氮气和氢气在孔隙中占据不同的吸附位点，氢气的气体吸收量要大三倍。

研究人员观察到，小孔中氢密度高的原因在于氢分子的各向异性（与方向有关）形状，在接近环境压力时，氢分子通常呈紧密堆积的球状。这种材料以三维排列方式储存了五个氢分子团，从而提高了容积容量。

他们发现，Mg(BH4)2每升孔隙容积可存储前所未有的 144 克氢，而低温液态氢只能存储 70.8 克/升，固态氢甚至只能存储 86 克/升。

研究人员表示，他们的研究成果解决了大规模氢气存储的关键难题，提高了氢气的效率和经济可行性。

这会是氢动力飞机的解决方案吗？可能不会。正如几年前ZeroAvia 公司的 Val Miftakhov 向我们解释的那样，航空环境中的液态氢系统可以实现 30% 左右的氢气质量分数，另外 70% 的重量则由储氢罐和低温冷却设备增加。根据这项研究，这种纳米孔存储材料的质量分数为 21.7%，因此其单位重量所携带的能量是储罐中气态氢气的两倍，但低温液态系统会更轻。

另一方面，它肯定能在长途运输或卡车运输中发挥作用，因为在这种情况下，重量不是问题，而体积则更为重要。当然，这似乎也是目前静态储能的最佳方法，在这种情况下，氢气的使用或多或少会像电池一样。

我们还想进一步了解它是如何释放的，在什么样的温度和压力下工作，以及以这种方式储存氢气的往返能量损失可能是多少，但这无疑是该领域的一个突破性进展。

这项研究发表在《自然-化学》杂志上。

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