【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(shí)驗室等跨學(xué)科研究團隊對納米細化的高容量氮化鋰(Li3N)氫存儲系統進(jìn)行了研究。結果表明，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(kāi)發(fā)出一個(gè)高效的氫存儲系統，為氫動(dòng)力汽車(chē)帶來(lái)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(kāi)發(fā)是一個(gè)巨大的挑戰。

    復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(guò)縮短氫的擴散路徑或通過(guò)改變材料的熱力學(xué)穩定性來(lái)促進(jìn)該過(guò)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(gè)更重要的推論。他們發(fā)現納米精細氫化物內部“納米界面”的存在可以改變材料循環(huán)時(shí)出現的相。

    研究人員綜合運用理論和實(shí)驗技術(shù)對納米細化的高容量氮化鋰(Li3N)氫存儲系統進(jìn)行了研究。結果表明，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(shuō)：“關(guān)鍵是要消除不良中間相，因為中間相會(huì )降低材料在成形或使用時(shí)的性能。如果能實(shí)現這一點(diǎn)，存儲容量動(dòng)力學(xué)將顯著(zhù)提高，并且從熱力學(xué)角度來(lái)講實(shí)現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(shí)現這一點(diǎn)。這是氫存儲的新范例，因為這意味著(zhù)反應可以通過(guò)改變工程內部微觀(guān)結構而改變?！?/p>

    利弗莫爾研究人員使用非常規熱力學(xué)模擬方法，來(lái)研究材料氫化和脫氫時(shí)固相邊界演變的影響。結果表明，消除納米細化氮化鋰的中間相可提高其性能，這是通過(guò)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(shuō)明適當考慮固固納米界面和顆粒微觀(guān)結構對于理解復雜金屬氫化物中的氫誘導相變是必要的。

    該研究的另一位LLNL合著(zhù)者Tae Wook Heo說(shuō)：“電池電極材料中的儲氫反應和固態(tài)反應之間有著(zhù)類(lèi)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用于氫的存儲。對工程材料而言，改變形態(tài)和內部微觀(guān)結構可能是達到性能目標的最佳方式。