Kuldranke kan lagre brint

(PhysOrg.com) - En vinranke i nanoskala med brintdruer kan engang give din bils foretrukne årgang brændstof.

Forskere fra Rice University har fastslået, at et gitter af calciumdekoreret carbyne har potentiale til at lagre brint på niveauer, der let overskrider Department of Energy (DOE) mål til brug som et "grønt" alternativt brændstof til køretøjer.

Stigningen af ​​nanoskala strategier for energilagring har været dramatisk i de seneste år, som det fremgår af laboratorier verden over, der foreslår forskellige måder at bruge nanorør og bånd som et medium på. Men de tænker måske ikke lille nok, ifølge ny forskning fra laboratoriet af teoretisk fysiker Boris Yakobson, der blev offentliggjort i sidste uge i onlinetidsskriftet Nano bogstaver . Yakobson er Rices Karl F. Hasselmann -formand i teknik og professor i materialevidenskab og maskinteknik og kemi.

Carbyne er en kæde af carbonatomer; det er, hvad du ville få, hvis du kunne trække en snor fra et stykke grafen på samme måde som du ville trække en løs tråd fra en trøje. "En carbonatomstang er så tynd, som den nogensinde kan blive, langt tyndere end et carbon nanorør, "Sagde Yakobson.

Carbyne betragtes som et eksotisk materiale, men nylige forsøg viser, at det kan syntetiseres og stabiliseres ved stuetemperatur, hvor opbevaringen hovedsageligt er af interesse. Det er vigtigt, Yakobson sagde, fordi andre nanoskala materialer såsom kulstof nanorør, grafen og endda buckyballs er kun effektive til lagring af brint under for kolde forhold.

Det er calcium, der tjener som lokkemad og gør opbevaring ved stuetemperatur mulig for carbyne. Formet til et gitter, carbyne alene kunne teoretisk lagre omkring 50 procent af sin vægt i brint, langt over kapacitetsmålet på 6,5 procent, som DOE satte for 2015. Men den svage binding kunne kun fungere ved meget lave temperaturer, Sagde Yakobson.

Ikke tilfældet med tilsat calcium. Det gør det muligt for gitteret at adsorbere brint med en bindingsenergi, der er gunstig for effektiv stuetemperatur, vendbar opbevaring. Fordi calciumatomer ikke klynger sig, de kan fordeles langs de carbyne tråde som druer på en vinstok og binde hele seks brintatomer hver; dette ville give netværket en potentiel lagerkapacitet på omkring 8 procent af dets vægt.

Fordi et stillads af enkeltatomkæder ville være let og luftigt, der ville være mere plads til, at brintet kunne aggregeres.

Yakobson og hans kolleger foreslog flere skalerbare strategier til praktisk lagring af brint. I en, der ligner de såkaldte metalorganiske rammer, der for nylig blev undersøgt af Yakobsons laboratorium, et diamantlignende gitter ville tillade, at fem hydrogenatomer blev adsorberet ved hvert calciumatom; antallet af carbonatomer i hver streng ville bestemme den samlede kapacitet.

I den anden, de foreslog at trække calciumdekorerede tråde af atomer fra grafen, som ville fungere som en ramme for arrayet.

Yakobson sagde, at det er svært at estimere, hvornår en af ​​disse eller en anden erkendelse kan ske. "Men jeg er optimistisk. Fra dette teoretiske koncept, og baseret på eksperimentelle beviser for carbynesyntese og erfaring med metalorganiske rammearkitekturer, det kan tage to til tre år at producere carbyne -netværk og, sige, et til to år for at justere calciumberigelsen for at opnå et materiale med god kapacitet til brint, "sagde han." Så om tre til fem år, man kan have en industriel prøve og derefter flytte til opskalering - det vil sige med intenst arbejde og lidt held. "