Kredit:American Chemical Society
Vätgasdrivna fordon släpper bara ut vattenånga från sina avgasrör, erbjuda ett renare alternativ till fossilbränslebaserade transporter. Men för att vätgasbilar ska bli mainstream, forskare måste utveckla effektivare vätelagringssystem. Nu, forskare som rapporterar i ACS' Materialkemi har använt metall-organiska ramverk (MOF) för att sätta ett nytt rekord för vätgaslagringskapacitet under normala driftsförhållanden.
Enligt det amerikanska energidepartementet, 2017 hade USA 34 allmänt tillgängliga vätgasstationer, med 31 av dessa i Kalifornien. Tillsammans med ökad bränsleinfrastruktur, Det behövs tekniska framsteg för den utbredda användningen av vätgasbilar. Särskilt, förbättrade vätgaslagringssystem skulle kunna öka bilarnas räckvidd och samtidigt minska kostnaderna. Nuvarande vätgasbilar använder dyra, skrymmande kyl- eller kompressionssystem för att lagra tillräckligt med väte för acceptabla körsträckor. Jeffrey Long och kollegor undrade om de kunde använda MOF för att lagra mer vätebränsle under normala körförhållanden. MOF är föreningar som innehåller metalljoner koordinerade till organiska ligander. 3D-strukturerna hos vissa MOF bildar porer som starkt adsorberar molekyler av vätgas och får dem att attrahera andra molekyler, vilket skulle kunna tillåta gasen att kondensera under nära omgivningsförhållanden.
För att bestämma den bästa MOF för vätelagring, forskarna testade fyra olika föreningar – två som innehöll nickel och två som innehöll kobolt som koordinerande metall. En MOF som heter Ni 2 ( m -dobdc) visade den högsta vätelagringskapaciteten över ett intervall av tryck och temperaturer. Vid omgivningstemperatur och ett mycket lägre tanktryck än vad som används i nuvarande vätgasfordon, Ni 2 ( m -dobdc) satte ett nytt rekord för vätelagringskapacitet på 11,9 g bränsle per liter MOF-kristall. MOF hade en betydligt större lagringskapacitet än komprimerad vätgas under samma förhållanden. När forskarna undersökte strukturen av MOF genom neutrondiffraktion, de fann att en enda por innehöll sju specifika bindningsställen för vätgas som möjliggjorde tät packning av bränslet.
