Графен позволит эффективно хранить водородное топливо
 Схематическое изображение новой ячейки для хранения водородного топлива на основе оксида графена. |
|
||||||||
Автомобили и другие технические инструменты, использующие водород в качестве топлива, имеют одно главное преимущество: в качестве «отработанного» вещества они выпускают в окружающую среду исключительно воду, т.е. совершенно безвредны с точки зрения экологии. Но наиболее важной проблемой в развитии водородной тяги на сегодняшний день является поиск способов сохранения «на борту» агрегата нужного количества топлива. Ведь, если речь идет об автомобиле, то для эффективного внедрения альтернативного топлива, водородный «бак» должен обеспечивать пробег, сравнимый с пробегом на одном полном баке бензина. При этом если водород хранить в виде сжатого газа, он занимает слишком много места; сжиженный водород, в свою очередь, слишком дорог как в производстве, так и в хранении.
Один из путей решения этой проблемы состоит в том, чтобы использовать способность некоторых твердых веществ адсорбировать водород. С этой точки зрения окись графена, одноатомного слоя углерода, могла бы иметь большие перспективы, ведь между каждыми двумя такими слоями может быть сохранено определенное количество атомов водорода.
Для эффективного использования графеновых пластин важно создать достаточно большой зазор между слоями для того, чтобы хранилище могло вместить максимальный объем топлива. Ученые из США предложили свой собственный способ увеличить этот «полезный объем». Для соединения листов оксида графена в «топливном баке» они применили особые органические молекулы. Такой подход позволяет увеличить зазор между отдельными слоями до 1,1 нм, что в 3 раза превышает расстояние между слоями обычного графена, формирующего кристаллы графита. Более того, ученые нашли способ варьировать это расстояние для того, чтобы найти оптимальное значение адсорбции водорода. Ведь итоговая идея заключается в формировании пор достаточно малых для того, чтобы взаимодействие между стенками «сосуда» и молекулами водорода было максимальным. При этом они должны быть достаточно крупными, чтобы позволять хранить 2 слоя адсорбированных молекул водорода.
Результат, полученный учеными, почти в 100 раз превосходит возможности обычной «стопки» из листов оксида графена. Новый тип топливной ячейки позволяет сохранить объем водорода, вес которого составляет порядка 6% от веса самой ячейки; причем, этот результат достигается при атмосферном давлении и температуре 77 градусов по шкале Кельвина. Кроме того, он сравним с результатами для наиболее исследованных на данный момент металло-органических соединений (MOF-5, metal organic framework). Свои экспериментальные данные ученые представили на мартовской встрече American Physical Society.
Ученые считают, что их методика хранения водородного топлива в будущем может быть значительно усовершенствована. Они отметили интересную особенность топливных ячеек на основе оксида графена: адсорбция водорода повышается при увеличении температуры, таким образом, существует потенциальная возможность «заправить» емкость при высокой температуре, а позже охладить ее до определенного «порогового» состояния для дальнейшего сохранения газа. Не менее важным является и тот факт, что подобные слои графена могут быть произведены в промышленных масштабах при относительно невысоких затратах.
Также по теме:
Источники: