【技術(shù)π】最新納米細化技術(shù) 氫儲存不再是難題

    Lawrence Livermore的科學(xué)家們與Sandia國家實驗室等跨學(xué)科研究團隊對納米細化的高容量氮化鋰(Li3N)氫存儲系統(tǒng)進行了研究。結(jié)果表明，納米界面的存在從根本上改變了吸收和釋放氫的路徑，從而開發(fā)出一個高效的氫存儲系統(tǒng)，為氫動力汽車帶來了福音。

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    氫是一種良好的能量載體，但是用于緊湊、低壓存儲輕質(zhì)固態(tài)材料的開發(fā)是一個巨大的挑戰(zhàn)。

    復(fù)雜金屬氫化物有望用作儲氫材料，但其可行性通常受到緩慢吸氫和釋放的限制。納米細化——在另一種材料例如碳的基質(zhì)中滲透金屬氫化物，在某些情況下可以通過縮短氫的擴散路徑或通過改變材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性來促進該過程。

    然而，Livermore-Sandia團隊與泰國的Mahidol大學(xué)及國家標準技術(shù)研究所的研究表明，納米微細化可能得到另一個更重要的推論。他們發(fā)現(xiàn)納米精細氫化物內(nèi)部“納米界面”的存在可以改變材料循環(huán)時出現(xiàn)的相。

    研究人員綜合運用理論和實驗技術(shù)對納米細化的高容量氮化鋰(Li3N)氫存儲系統(tǒng)進行了研究。結(jié)果表明，納米界面的存在從根本上改變了吸收和釋放氫的路徑，從而極大地提高性能和可逆性。

    LLNL材料科學(xué)家，本文的第一作者Brandon Wood說：“關(guān)鍵是要消除不良中間相，因為中間相會降低材料在成形或使用時的性能。如果能實現(xiàn)這一點，存儲容量動力學(xué)將顯著提高，并且從熱力學(xué)角度來講實現(xiàn)完全充電的要求也將變得更加合理。在這種材料中，只要納米細化的顆粒足夠小，納米界面就能實現(xiàn)這一點。這是氫存儲的新范例，因為這意味著反應(yīng)可以通過改變工程內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)而改變。”

    利弗莫爾研究人員使用非常規(guī)熱力學(xué)模擬方法，來研究材料氫化和脫氫時固相邊界演變的影響。結(jié)果表明，消除納米細化氮化鋰的中間相可提高其性能，這是通過光譜確認的。該工作不僅證明了納米細化氮化鋰可作為可再充電的高性能儲氫材料，還說明適當(dāng)考慮固固納米界面和顆粒微觀結(jié)構(gòu)對于理解復(fù)雜金屬氫化物中的氫誘導(dǎo)相變是必要的。

    該研究的另一位LLNL合著者Tae Wook Heo說：“電池電極材料中的儲氫反應(yīng)和固態(tài)反應(yīng)之間有著類似的關(guān)系。人們一直在考慮界面在電池中的作用，而我們的工作表明，電池方面的某些策略也可應(yīng)用于氫的存儲。對工程材料而言，改變形態(tài)和內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)可能是達到性能目標的最佳方式。