Обернутые в графен нанокристаллы предпринимают шаги к топливным элементам следующего поколения: Моделирования и анализ дают новые представления на уровне атомов о расширенных водородных свойствах хранения материала

Исследование, во главе с исследователями Berkeley Lab, догнало диапазон экспертных знаний Лаборатории и возможностей синтезировать и покрыть кристаллы магния, которые измеряют только 3-4 миллимикрона (миллиардные части метра) через; изучите их наноразмерный химический состав с рентгеном; и развивайте компьютерные моделирования и теории поддержки лучше понять, как кристаллы и их углеродное покрытие функционируют вместе.Научные результаты команды могли помочь исследователям понять, как подобные покрытия могли также увеличить работу и стабильность других материалов, которые показывают обещание для водородных приложений хранения. Научно-исследовательская работа – одно из нескольких усилий в усилии R&D мультилаборатории, известном как Водородные Материалы – Консорциум Перспективного исследования (HyMARC), основанный как часть энергетической Сети Материалов Офисом Fuel Cell Technologies американского Министерства энергетики в Управлении по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии.

У уменьшенной графеновой окиси (или rGO), который напоминает более известный графен (расширенный лист углерода, только один атом, толстый, выстраиваемый в сотовидном образце), есть наноразмерные отверстия, которые разрешают водороду проходить, держа большие молекулы в страхе.Это углеродное обертывание было предназначено, чтобы предотвратить магний – который используется в качестве водородного материала хранения – от реакции с его средой, включая кислород, водяной пар и углекислый газ. Такие воздействия могли произвести густое покрытие окисления, которое будет препятствовать тому, чтобы поступающий водород получил доступ к поверхностям магния.

Но последнее исследование предполагает, что атомарно тонкий слой окисления действительно формировался на кристаллах во время их подготовки. И еще более удивительно этот окисный слой, кажется, не ухудшает работу материала.

«Ранее, мы думали, что материал был очень хорошо защищен», сказал Ливэнь Вань, постдокторский исследователь на Молекулярном Литейном заводе Berkeley Lab, САМКА Наноразмерный Центр Научного исследования, который служил ведущим автором исследования. Исследование было опубликовано в журнале Nano Letters. «От нашего подробного анализа мы видели некоторые доказательства окисления».Вань добавил, «Большинство людей будет подозревать, что окисный слой – плохие новости для водородного хранения, которым это оказывается, может не быть верным в этом случае. Без этого окисного слоя у уменьшенной графеновой окиси было бы довольно слабое взаимодействие с магнием, но с окисным слоем закрепление углеродного магния, кажется, более сильно.

«Это – выгода, которая в конечном счете увеличивает защиту, обеспеченную углеродным покрытием», отметила она. «Кажется, нет никакой оборотной стороны».Дэвид Прендергаст, директор Средства Теории Молекулярного Литейного завода и участник исследования, отметил, что текущее поколение питаемых водородом транспортных средств приводит их двигатели топливного элемента в действие, используя сжатый водородный газ. «Это требует больших, тяжелых цилиндрических баков, которые ограничивают ведущую эффективность таких автомобилей», сказал он, и нанокристаллы предлагают одну возможность для устранения этих больших баков, храня водород в других материалах.Исследование также помогло показать, что тонкий окисный слой не обязательно препятствует уровню, по которому этот материал может поднять водород, который важен, когда Вы должны дозаправиться быстро. Это открытие было также неожиданно на основе обычного понимания ролевого окисления блокирования, как правило, играет в этих материалах водородного хранения.

Это означает, что обернутые нанокристаллы, в топливном контексте хранения и поставки, химически поглотили бы накачанный – в водородном газе в намного более высокой плотности, чем возможный в сжатом водородном газовом топливном баке при тех же самых давлениях.Модели, которые Вань разработал, чтобы объяснить экспериментальные данные, предполагают, что слой окисления, который формируется вокруг кристаллов, атомарно тонкий и стабильный со временем, предполагая, что окисление не прогрессирует.

Анализ базировался, частично, вокруг экспериментов, выполненных в Advanced Light Source (ALS) Berkeley Lab, источник рентгена, названный синхротроном, который ранее использовался, чтобы исследовать, как нанокристаллы взаимодействуют с водородным газом в режиме реального времени.Вань сказал, что ключ к исследованию интерпретировал данные рентгена АЛЬСА, моделируя измерения рентгена для гипотетических атомных моделей окисленного слоя, и затем выбирая те модели, которые лучше всего соответствуют данным. «От этого мы знаем то, на что на самом деле похож материал», сказала она.

В то время как много моделирований базируются вокруг очень чистых материалов с чистыми поверхностями, Вань сказал, в этом случае моделирования были предназначены, чтобы быть более представительными для реальных недостатков нанокристаллов.Следующий шаг, и в экспериментах и в моделированиях, должен использовать материалы, которые более идеальны для реальных водородных приложений хранения, Вань сказал, такие как сложные металлические гидриды (водородные соединения металлов), которые будут также обернуты в защитный лист графена.«Идя в сложные металлические гидриды, Вы получаете свойственно более высокую водородную вместимость, и наша цель состоит в том, чтобы позволить водородное внедрение и выпуск при разумных температурах и давления», сказал Вань.Некоторые из этих сложных металлических материалов гидрида довольно отнимающие много времени, чтобы моделировать, и исследовательская группа планирует использовать суперкомпьютеры при Национальном энергетическом Исследовании Berkeley Lab Научный Вычислительный центр (NERSC) для этой работы.

«Теперь, когда у нас есть хорошее понимание нанокристаллов магния, мы знаем, что можем передать эту способность посмотреть на другие материалы, чтобы ускорить процесс открытия», сказал Вань.


7 комментариев к “Обернутые в графен нанокристаллы предпринимают шаги к топливным элементам следующего поколения: Моделирования и анализ дают новые представления на уровне атомов о расширенных водородных свойствах хранения материала”

  1. Ольга Германовна

    ну да… в принципе возвращают в свое Агенство по чрезвыч ситуациям…. но кому оно нужно после такого зашквара и даром…

  2. Лишь бы не за Пуцена! Он и Гитлер и Чикотило в одном лице

  3. немытые одолжите плешивого капсулу протестить? Мы потом вам скидку на перевозки замутим…

  4. Поставка оружия в ордло вполне в русле минских договорённостей и способствует диалогу? Потомственные сволочи

  5. Балунова Кристина

    цапы вам на международном уровне на самой высшей инстанции говорят прекратить фашизм в оккупированных вами территориях. перестать учинять преступления против человечности и местного населения вести себя цивилизованно.

  6. Щербатыха Лилия

    выражал своим способом ругский мир как мог пока не замели…. мало дали нужно его теперь трудовые работы на швейку: украинский флаг ткать…

Комментарии закрыты.