Zespół proponuje „nanoczekoladę” jako nowy sposób przechowywania wodoru

Innowacyjne podejście mogłoby przekształcić nanocząstki w proste zbiorniki do przechowywania wodoru. Gaz o wysokiej lotności jest obiecującym nośnikiem energii przyszłości, który może dostarczać przyjazne dla klimatu paliwo na przykład do samolotów, statków i ciężarówek, a także umożliwiać produkcję przyjaznej dla klimatu stali i cementu — w zależności od sposobu wytwarzania wodoru . Jednak przechowywanie wodoru jest drogie: albo gaz jest przechowywany w zbiornikach pod ciśnieniem do 700 barów, albo musi być skroplony, co oznacza schłodzenie do minus 253 stopni Celsjusza. Obie procedury zużywają dodatkową energię.

Zespół kierowany przez Andreasa Stirla z Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) położył podwaliny pod alternatywną metodę: przechowywanie wodór W nanocząsteczkach wykonanych z metali szlachetnych PaladiumJego średnica to zaledwie 1,2 nanometra. Od pewnego czasu wiadomo, że pallad może absorbować wodór jak gąbka. „Do tej pory wodór z materiału ponownie stanowił problem” – wyjaśnia Stirl. „Dlatego próbujemy cząstek palladu, które mają tylko około jednego nanometra szerokości”. Nanometr to jedna milionowa milimetra.

upewnić się że bardzo małe cząsteczki Wystarczająco mocny, jest stabilizowany rdzeniem wykonanym z rzadkiego irydu metalu szlachetnego. Dodatkowo jest przymocowany do podkładu grafenowego, który jest niezwykle cienką warstwą węgla. „Jesteśmy w stanie wiązać cząstki palladu z grafenem w odstępach nie większych niż 2,5 nanometra” – informuje Stierle, prezes DESY NanoLab. „To skutkuje regularną, cykliczną strukturą”. Zespół, w skład którego wchodzą również naukowcy z uniwersytetów w Kolonii i Hamburgu, opublikował swoje odkrycia w czasopiśmie American Chemical Society (ACS). ACS nano.

Źródło promieniowania rentgenowskiego PETRA III firmy DESY zostało wykorzystane do zaobserwowania, co dzieje się, gdy cząstki palladu wchodzą w kontakt z wodorem: Zasadniczo wodór przykleja się do powierzchni nanocząstek i prawie żadna z nich nie wnika do środka. Nanocząsteczki można przedstawić jako przypominające czekoladę: orzech irydowy w środku, pokryty warstwą palladu, a nie marcepanu, a na zewnątrz czekoladą pokryty wodorem. Aby odzyskać zmagazynowany wodór, wystarczy dodać niewielką ilość ciepła; Wodór jest szybko uwalniany z powierzchni cząstek, ponieważ cząstki gazu nie muszą wychodzić z wnętrza bloku.

„Następnie chcemy zobaczyć, jakie gęstości przechowywania można osiągnąć za pomocą tej nowej metody”, mówi Stierle. Jednak nadal istnieją pewne wyzwania, które należy pokonać, zanim przejdziemy do praktycznych zastosowań. Na przykład inne formy nośnikowych struktur węglowych mogą być bardziej odpowiednie niż grafen – eksperci rozważają użycie gąbek węglowych, które mają małe pory. Wewnątrz tych cząstek muszą zmieścić się duże ilości nanocząstek palladu.

Najnowszy numer czasopisma badawczego DESY, femto, analizuje tę i inne innowacyjne koncepcje dotyczące gospodarki wodorowej i zrównoważonych dostaw energii. Czasopismo wyjaśnia, w jaki sposób badania podstawowe mogą przyczynić się do innowacji w transformacji energetycznej. Chodzi nie tylko o wykorzystanie wodoru jako nośnika energii, ale także o zrównoważone ogniwa słoneczne i nowe formy wytwarzania energii, a także osiągnięcie większej efektywności energetycznej w samych badaniach, np. przy obsłudze dużych akceleratorów cząstek.