一种车载储气法可以有效的清洁能源汽车!

由西北大学领导的研究小组已经设计并合成了具有超高孔隙率和表面积的新材料,用于存储燃料电池动力车辆的氢气和甲烷。这些气体是产生二氧化碳的化石燃料的有吸引力的清洁能源替代品。

高度多孔的可编程海绵,用于清洁能源存储。学分:西北大学

车载存储更好的方法

金属类型的-有机骨架的(MOF),可存储显著更氢在安全得多的压力和以低得多的成本比传统的吸附材料和甲烷。这项研究的负责人奥马尔·法哈(Omar K. Farha)说:“我们已经为下一代清洁能源汽车开发了一种更好的氢和甲烷气体车载存储方法。” “为此,我们使用化学原理设计了具有精确原子排列的多孔材料,从而实现了超高孔隙率。”

吸附剂是将液体或气体分子结合到其表面的多孔固体。得益于其纳米级的孔隙,一克西北材料(体积为6个M&M)的表面积为 1.3足球场。Farha说,这种新材料对于整个储气行业也可能是一个突破,因为许多行业和应用都需要使用压缩气体,例如氧气,氢气,甲烷等。

研究发表

法哈(Farha)是温伯格文理学院的化学副教授。他还是西北国际纳米技术研究所的成员。这项研究结合了实验和分子模拟,将于4月17日由《科学》杂志发表。

法哈(Farha)是第一作者和通讯作者。Farha小组的博士后研究员Chen Zhijie Chen是第一作者。美国西北大学化学委员会教授弗雷泽·斯托达特爵士实验室的博士后研究员李鹏浩也是第一作者。Stoddart是该论文的作者。

高度多孔的材料,平衡了重量和体积存储性能。图片提供:Timur Islamoglu和Chenzhijie

 

 

研究表明

名为NU-1501的超多孔MOF由有机分子和金属离子或簇构建而成,这些簇会自组装形成多维,高度结晶的多孔框架。Farha说,为了描绘MOF的结构,可以设想一组Tinkertoy,其中金属离子或簇是圆形或方形节点,有机分子是将节点连接在一起的杆。

目前,以氢气和甲烷为动力的车辆需要高压压缩才能运行。氢气罐的压力是汽车轮胎中压力的300倍。由于氢气的密度低,要达到该压力非常昂贵,而且由于气体高度易燃,因此也不安全。

开发可以在较低的压力下将氢气和甲烷气体存储在车上的新型吸附材料,可以帮助科学家和工程师达到美国能源部的目标,即开发下一代清洁能源汽车。

为了实现这些目标,需要优化车载燃油箱的尺寸和重量。这项研究中的高孔隙率材料平衡了氢气和甲烷的体积(尺寸)和重量(质量)可传递容量,使研究人员更接近实现这些目标的一步。Farha说:“我们可以在MOF的孔中存储大量的氢和甲烷,并以比当前燃料电池汽车所需的压力更低的压力将其输送至汽车的发动机。”

西北研究人员构想了MOF的概念,并与科罗拉多矿业学院的计算建模人员合作,证实此类材料非常吸引人。然后,法哈(Farha)和他的团队设计,合成和表征材料。他们还与美国国家标准技术研究院(NIST)的科学家合作进行了高压气体吸附实验。

该论文的标题是“在高度多孔的材料中平衡体积和重量吸收以获取清洁能源”。

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