Но то, выйдут ли эти автомобили из нишевого рынка и станут опорой каждого гаража, может зависеть от того, насколько хорошо мы сможем решить сохраняющиеся технические и инфраструктурные препятствия, стоящие на пути их широкого использования. Одним из них является топливный бак — как вы их спроектируете, чтобы они были больше похожи на бензиновые, которые были относительно безопасными, легко заполнялись, перевозили вас на сотни миль и могли заправляться снова и снова без потери производительности ?На этой неделе в журнале Applied Physics Letters от AIP Publishing группа исследователей из США и Китая сделала шаг к этому решению. Они описывают физику гидрида магния, одного типа материала, который потенциально может быть использован для хранения водородного топлива в будущих автомобилях и других приложениях.
Используя метод, известный как просвечивающая электронная микроскопия in situ, команда провела испытания наночастиц гидрида магния разного размера, чтобы измерить их механические свойства, и извлекла уроки о том, как можно создать наночастицы, чтобы сделать их лучше.«Более мелкие частицы обладают лучшими механическими свойствами, в том числе лучшей пластической стабильностью», — сказал Цянь Юй, ведущий автор статьи. «Наша работа объяснила почему».
Ю связан с Чжэцзянским университетом в Ханчжоу, Китай; Калифорнийский университет в Беркли и Национальная лаборатория Лоуренса Беркли.Другие соавторы работы связаны с Мичиганским университетом в Анн-Арборе; Центр исследований и разработок General Motors в Уоррене, штат Мичиган; и Шанхайский университет Цзяотун в Шанхае, Китай.Проблема хранения водорода с магнием
Хранение водорода в автомобильных двигателях по-прежнему используется в поисках новых технологий. Мы знаем, что следующее поколение водородных топливных баков должно будет предложить большую емкость для хранения и лучшую кинетику газообмена, чем существующие модели, но мы не знаем точно, что потребуется для этого.Одна из возможностей — использовать такой материал, как гидрид магния, который давно рассматривается как многообещающий носитель для хранения. Магний легко связывает водород, поэтому идея состоит в том, что вы можете взять бак, наполненный магнием, накачать водород, а затем откачать его по мере необходимости для запуска двигателя.
Но этому подходу препятствует медленная кинетика адсорбции и десорбции — скорость, с которой молекулярный водород связывается с магнием и высвобождается из него. В конечном итоге это связано с тем, как материал связывается с водородом на молекулярном уровне, и поэтому в последние годы исследователи стремились улучшить разработку магния для достижения лучшей кинетики.
Предыдущая работа уже показала, что наночастицы магния меньшего размера обладают лучшими свойствами хранения водорода, но никто не понимал почему. Некоторые думали, что в первую очередь это большая общая площадь поверхности магния внутри резервуара, полученная путем измельчения более мелких частиц.
Но Ю и его коллеги показали, что это также во многом связано с тем, как частицы реагируют на деформацию во время циклов заправки и опорожнения бака.Топливные циклы в водородном баке вызывают огромные внутренние изменения давления, которые могут деформировать частицы, растрескивая или разрушая их.
Более мелкие частицы обладают большей пластической стабильностью, а это означает, что они лучше сохраняют свою структуру даже при деформации. Это означает, что более мелкие и более пластичные наночастицы магния могут дольше сохранять свою структуру и продолжать поддерживать водородный цикл за циклом.Но оказывается, что помимо большей пластической стабильности, более мелкие частицы также обладают меньшей «анизотропией деформации» — мерой того, как все наночастицы магния имеют тенденцию реагировать, равномерно или нет, по всему резервуару.
По словам Юя, анизотропия деформации сильно уменьшается на наномасштабе, и из-за этого более мелкие наночастицы магния обладают более однородной дислокационной активностью внутри, что обеспечивает более равномерно распределенный путь диффузии для водорода.По словам Ю, это указывает на дальнейший путь к созданию лучших резервуаров для хранения водорода, специально разработав их с учетом большей однородности дислокаций.
Затем они планируют провести аналогичные исследования материалов для хранения водорода, поскольку они подвергаются циклическому топливному циклу, поглощая и десорбируя водород в процессе.