Forskare har upptäckt ett nytt material som kan hålla nyckeln till att låsa upp potentialen hos vätgasdrivna fordon.

När världen ser mot en gradvis övergång från fossilbränsledrivna bilar och lastbilar, grönare alternativa tekniker undersöks, såsom elektriska batteridrivna fordon.

En annan "grön" teknik med stor potential är vätgaskraft. Dock, ett stort hinder har varit storleken, komplexitet, och kostnaden för bränslesystemen – fram till nu.

Ett internationellt team av forskare, ledd av professor David Antonelli vid Lancaster University, har upptäckt ett nytt material tillverkat av manganhydrid som erbjuder en lösning. Det nya materialet skulle användas för att tillverka molekylsilar i bränsletankar - som lagrar vätgas och arbetar tillsammans med bränsleceller i ett vätgasdrivet "system".

Materialet, kallas KMH-1 (Kubas Manganese Hydride-1), skulle möjliggöra utformningen av tankar som är mycket mindre, billigare, mer bekväm och energität än befintlig vätebränsleteknik, och presterar betydligt bättre än batteridrivna fordon.

Professor Antonelli, ordförande i fysikalisk kemi vid Lancaster University och som har forskat på detta område i mer än 15 år, sa:"Kostnaden för att tillverka vårt material är så låg, och energitätheten den kan lagra är så mycket högre än ett litiumjonbatteri, att vi kunde se vätebränslecellsystem som kostar fem gånger mindre än litiumjonbatterier samt ger en mycket längre räckvidd – potentiellt möjliggör resor upp till cirka fyra eller fem gånger längre mellan påfyllningar."

Materialet drar fördel av en kemisk process som kallas Kubas-bindning. Denna process möjliggör lagring av väte genom att distansera väteatomerna inom en H2-molekyl och fungerar vid rumstemperatur. Detta eliminerar behovet av att splittra, och binda, bindningarna mellan atomer, processer som kräver höga energier och extrema temperaturer och som kräver komplex utrustning för att leverera.

KMH-1-materialet absorberar och lagrar även all överskottsenergi så att extern värme och kyla inte behövs. Detta är avgörande eftersom det innebär att kyl- och värmeutrustning inte behöver användas i fordon, vilket resulterar i system med potential att vara mycket effektivare än befintliga konstruktioner.

Silen fungerar genom att absorbera väte under cirka 120 atmosfärers tryck, vilket är mindre än en vanlig scuba tank. Den släpper sedan ut väte från tanken till bränslecellen när trycket släpps.

Forskarnas experiment visar att materialet skulle kunna möjliggöra lagring av fyra gånger så mycket väte i samma volym som befintlig vätebränsleteknik. Detta är bra för fordonstillverkare eftersom det ger dem flexibilitet att designa fordon med ökad räckvidd på upp till fyra gånger, eller tillåta dem att minska storleken på tankarna med upp till en faktor fyra.

Även om fordon, inklusive bilar och tunga lastbilar, är den mest uppenbara applikationen, forskarna tror att det finns många andra tillämpningar för KMH-1.

"Det här materialet kan också användas i bärbara enheter som drönare eller i mobilladdare så att folk kan åka på veckolånga campingturer utan att behöva ladda sina enheter, ", sa professor Antonelli. "Den verkliga fördelen detta ger är i situationer där du förväntar dig att vara utanför nätet under långa perioder, t.ex. långväga lastbilsresor, drönare, och robotik. Den kan också användas för att driva ett hus eller en avlägsen stadsdel utanför en bränslecell."

Tekniken har licensierats av University of South Wales till ett spin-out-företag som ägs av professor Antonelli, kallas Kubagen.

Forskningen, som beskrivs i uppsatsen "A Manganese Hydride Molecular Sieve for Practical Hydrogen" publiceras på omslaget och i den tryckta versionen av den akademiska tidskriften Energi- och miljövetenskap .