• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    Vätebränsleceller:Med en databas på 500, 000 material, forskare noll in på bästa satsningar

    Kredit:CC0 Public Domain

    När forskare arbetar mot nästa generations elfordon, de kanske slår huvudet i taket av vad litiumjonbatterier kan leverera.

    Under tiden, ett team av forskare från University of Michigan driver prestandan hos en konkurrerande elfordonsteknik – vätebränsleceller – till nya höjder.

    En vätebränslecell är en strömkälla med noll skadliga utsläpp som fungerar som en korsning mellan ett batteri och en bensintank. Den använder väte som bränsle och utnyttjar reaktionen mellan väte och syre för att producera elektricitet. Det enda "utsläppet" är vatten.

    En begränsning av denna teknik är möjligheten att lagra tillräckliga mängder väte ombord. UM-forskarna har identifierat sätt att proppa mer väte än någonsin tidigare i små lagringsstrukturer som kallas metallorganiska ramverk, öka energitätheten, och, som ett resultat, den beräknade körsträckan för ett bränslecellsfordon.

    Organiska ramverk av metall, eller MOF, är designmaterial som består av metalljoner kopplade med organiska molekyler. Deras porösa natur gör att vissa MOF är bland de mest lovande sätten att lagra väte.

    Forskare från Michigan samlade information om alla tillgängliga MOF, de som tidigare konstruerats såväl som de som förblir hypotetiska, in i en databas. Datorsimuleringar med hög genomströmning användes sedan för att genomsöka den resulterande databanken på nästan 500, 000 MOF för de som har lovande kapacitet.

    Tre kandidater identifierades som kunde överträffa tidigare rekord för vätgaslagring. Forskarna syntetiserade sedan dessa material och visade deras prestanda.

    "Vi visar mer energität lagring än tidigare visat, sa Don Siegel, U-M docent i maskinteknik. "Du kan beskriva det som mer effektivt - att lägga mer energi på ett mindre utrymme och i en lättare förpackning."

    Som publicerades denna vecka i Naturkommunikation , de tre MOF:erna kallas SNU-70, UMCM-9 och PCN-610/NU-100. Var och en överträffade prestandan för IRMOF-20, en annan MOF identifierad av teamet 2017.

    "Dessa material etablerar ett nytt högvattenmärke för användbar vätekapacitet i MOF, ", står det i studien.

    Bränsleceller av vätgas har länge varit lovande som en utsläppsfri kraftkälla för elbilar. De har, dock, tagit ett baksäte till litiumjonbatterier, som du hittar inuti de flesta bärbara elektroniska enheter som tillverkas idag – från mobiltelefoner och surfplattor, till digitalkameror och elfordon.

    Vätebränslecellsystem har flera fördelar jämfört med litiumjonbatterier. Det mest förekommande elementet i universum, väte är mycket vanligare än litium, så det är liten chans att det någonsin uppstår ett leveransproblem.

    Och en vätebränslecellsbil kan laddas på en station på några minuter, ungefär samma tid som det tar att fylla en bensintank nu. I kontrast, fulla laddningstider för elbilar med litiumbatteri mäts vanligtvis i timmar.

    Det finns nackdelar som har begränsat bilindustrins omfamning av väte, dock. Till exempel, Att producera väte är för närvarande mycket dyrare än att utvinna och raffinera petroleum.

    Transport av vätgas är en annan fråga. Som en gas, det är svårt att flytta och lagra stora mängder väte effektivt, väcker frågor om det behöver flyttas i flytande form i semitrucks eller transporteras genom rörledningar som en gas.

    Men lockelsen om vad väte potentiellt kan betyda för bilar, och miljön, har behållit stora biltillverkare som Ford, Hyundai, Toyota, Honda och GM involverade i dess utveckling.

    Elektriska fordonsdesigners letar ständigt efter att minska storleken på en bils kraftsystem som ett sätt att öka effektiviteten. Genom att öka mängden väte som kan lagras i en MOF-adsorbent, Siegel sa, det tryck som behövs för att lagra det kan minskas. Storleken på tanken kan också minskas.

    "Vi vill eliminera energilagringsproblemet för vätgasbränslecellsfordon. Detta visar att vi rör oss i den riktningen, sa Siegel.


    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com