Хосе Мендоса-Кортес, доцент инженерного колледжа FAMU-FSU, описывает предлагаемое им решение и конструкции для этих новых материалов в статье в Журнале Американского химического общества.«Будет много предложений по решению энергетических проблем, и это может быть одним из вариантов», — сказал Мендоса-Кортес. «Мы хотели найти наиболее эффективный способ хранения водорода, чтобы, возможно, в будущем автомобили могли использовать его для более эффективного и дальнего пробега».Ученые уже обнаружили, что им нужно сжать водород, чтобы сжать его и сделать его пригодным для использования в качестве топлива для автомобилей.
Но Mendoza-Cortes хотел сделать еще один шаг и сделать процесс более эффективным и экономически жизнеспособным.«Мы все еще хотим усилить давление, но мы хотим сделать это более эффективно», — сказал он. «Прямо сейчас это очень дорого обходится».Используя сложные математические уравнения и компьютерное моделирование, Мендоса-Кортес разработал пористые материалы из переходных металлов — соединений, содержащих кобальт, железо или никель, — которые заставляют водород связываться с ними.
Затем эту конструкцию следующего поколения можно было бы поместить в бак автомобиля, который использует водород в качестве топлива. Эти новые материалы сделаны из элементов, которыми богата Земля, и поэтому легко доступны.
Mendoza-Cortes разработал 270 соединений с помощью этого моделирования, а затем проверил их эффективность при хранении водорода.Идея состоит в том, что, поскольку водород будет связываться с реальным устройством, больше водорода может быть упаковано и сконденсировано в резервуаре. Поскольку водород легко прилипает к устройству, резервуар никогда не опустеет. Вдобавок он обнаружил, что для наполнения бака потребуются меньшие затраты энергии.
«Другими словами, можно хранить больше водорода при более низких давлениях и комнатной температуре, что делает некоторые из этих материалов подходящими для практического использования», — сказал Мендоса-Кортес.По состоянию на 2016 год автомобили на водородном топливе производили три компании — Toyota, Hyundai и Honda.
В настоящее время водород можно превратить в жидкость при давлении 1 бар (бар является единицей измерения атмосферного давления) и 20 градусах Кельвина или -423,67 по Фаренгейту. При такой скорости водород может храниться из расчета 71 грамм на литр. При давлении 700 бар и 298 градусах Кельвина или 76,73 Фаренгейта водород может храниться при 37 граммах на литр.
С новыми материалами, предложенными Мендоса-Кортес, водород можно было хранить при давлении менее 200 бар, чтобы заполнить тот же резервуар при комнатной температуре, создавая гораздо более эффективную систему. «Вам не нужно тратить всю эту энергию, чтобы получить такой же объем памяти», — сказал он.Мендоза-Кортес приехал в БСС в рамках Инициативы найма на факультет стратегического развития энергетики и материалов.
Он является научным сотрудником Института высокоэффективных материалов (HPMI) бывшего СССР, многопрофильного исследовательского института, занимающегося исследованиями и разработкой передовых материалов и производственных технологий.