 Мечта об чистом, экологичном транспорте будущего широко связано с автомобилями, работающими на водородном топливе. Современные версии таких производить только чистую воду в качестве побочного продукта сгорания.
Но когда эти машины смогут пересечь нишевой рынок, чтобы стать основой в каждом гараже? Это может зависеть от того, насколько хорошо люди смогут преодолеть затянувшиеся технические и инфраструктурные барьеры, которые стоят на пути их широкого применения. Одним из них является топливный бак - как разработать его таким образом, чтобы они мог стать более подобным бензиновой цистерне, которая является относительно безопасной, легко заполняется, позволит автомобилю пройти выполнять сотни миль, и может заправляться снова и снова без потери производительности?
Команда исследователей в Соединенных Штатах и Китае сделала шаг к этому решению. Они описали физику гидрида магния, одного из материалов, которые потенциально могут быть использованы для хранения водородного топлива в будущих автомобилях и других приложений. Используя технику, известную как просвечивающую электронную микроскопию, команда испытала различные размеры наночастиц гидрида магния, чтобы оценить их механические свойства, и обнаружила способы того, как можно было бы спроектировать наночастицы, чтобы сделать их лучше.
«Более мелкие частицы имеют более высокие механические свойства, в том числе более пластическую стабильность», сказал Цянь Ю, ведущий автор. «Наша работа объясняет, почему».
Хранение водорода для автомобильных двигателей по-прежнему является чем-то в своем роде применением в ходе поисков нужной технологии. Следующее поколение водородных топливных баков должно предложить больше возможностей для хранения и более кинетики газообмена, чем у существующих моделей, но неизвестно точно, что может потребоваться для этого.
Одна возможность состоит в использовании материалов, таких как гидрид магния, которые долго считались перспективной средой для хранения. Магний легко связывает водород, и идея заключается в том, что можно взять бак, наполненный магнием, закачать туда водород, а затем выкачать его по мере необходимости, чтобы запустить двигатель.
Однако такой подход затрудняется медленной кинетикой адсорбции и десорбции - скоростью, с которой молекулярный водород связывается и выделяется из магния. Это в конечном счете, связаны с тем, как материал связывается с водородом на молекулярном уровне, и поэтому в последние годы исследователи пытались усовершенствовать магний для достижения лучшей кинетики.
Предыдущая работа уже показала, что более мелкие наночастицы магния имеют лучшие свойства хранения водорода, но никто не понимал, почему. Некоторые думали, что это было, прежде всего, связано с большей площадью поверхности магния внутри бака, реализуемой измельчением мелких частицы. Но Ю и его коллеги показали, что это также широко связано с тем, как частицы реагируют на деформацию во время циклов заправки и опорожнения резервуара.
Топливные циклы в водородном баке вводят огромные внутренние изменения в давлении, которые могут деформировать частицы, раскалывать или ухудшать их. Более мелкие частицы имеют большую пластиковую стабильность, что дает им больше возможностей, чтобы сохранить свою структуру даже при прохождении деформации. Это означает, что более мелкие и пластичные наночастицы магния могут сохранять свою структуру дольше и по-прежнему удерживать водород на протяжении нескольких циклов.
Но оказывается, что в дополнение к большей пластиковой стабильности, мелкие частицы имеют меньше «анизотропии деформации» - меры того, как все наночастицы магния, как правило, имеют тенденцию реагировать по всему баку. Анизотропия деформации сильно снижается при наномасштабах, и из-за этого, мелкие наночастицы магния имеют более однородную дислокационную активность внутри, что обеспечивает более равномерное распределение пути диффузии для водорода.
Это говорит о продвижении вперед на пути к более лучшим резервуарам для хранения водорода. Ученые планируют сделать подобные исследования на материалах для хранения водорода по мере того, как они проводят топливный цикл, поглощение и выделение водорода в процессе.
|
