Forskere undersøger en bedre måde at frigive brint lagret i brintboridark

Den truende trussel om klimaændringer har motiveret forskere verden over til at lede efter renere alternativer til fossile brændstoffer, og mange mener, at brint er vores bedste bud. Som en miljøvenlig energiressource er brint (H₂ ) kan bruges i køretøjer og elkraftværker uden at frigive kuldioxid til atmosfæren.

Dog opbevaring og transport af H₂ sikkert og effektivt er fortsat en udfordring. Komprimeret gasformig brint udgør en betydelig risiko for eksplosion og lækage, hvorimod flydende brint skal holdes ved ekstremt lave temperaturer, hvilket er dyrt. Men hvad nu hvis vi kunne lagre brint direkte i den molekylære sammensætning af andre flydende eller faste materialer?

Dette var fokus for et hold af videnskabsmænd fra Japan, som i en nylig undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Small , undersøgte potentialet af brintborid (HB) plader som praktiske brintbærere. Lagring af brint i HB-plader er ikke et helt nyt koncept, og mange aspekter af deres potentielle anvendelser som brintbærere er allerede blevet undersøgt. Men at få brinten ud af arkene er den vanskelige del.

Opvarmning ved høje temperaturer eller stærk ultraviolet (UV) belysning er påkrævet for at frigive brint (H₂ ) fra HB ark. Begge tilgange har dog iboende ulemper, såsom højt energiforbrug eller ufuldstændig H₂ frigive.

Således dykkede holdet ned i et potentielt alternativ:elektrokemisk frigivelse. Baseret på mekanismen af ​​UV-induceret H₂ frigivelse fra HB-plader, spekulerede teamet i, at elektroninjektion fra en katodeelektrode ind i HB-nanoplader ved hjælp af en elektrisk strømforsyning kunne være en overlegen måde at frigive H₂ sammenlignet med UV-bestråling eller opvarmning.

Baseret på denne teori spredte forskerne HB-plader i acetonitril - et organisk opløsningsmiddel - og påførte en kontrolleret spænding til dispersionen. Disse eksperimenter viste, at næsten alle de elektroner, der blev injiceret i det elektrokemiske system, blev brugt til at omdanne H ⁺ ioner fra HB-arkene til H₂ molekyler. Navnlig var den faradaiske effektivitet af denne proces, som måler, hvor meget elektrisk energi der omdannes til kemisk energi, over 90 %.

Holdet udførte også isotopsporingseksperimenter for at bekræfte, at det elektrokemisk frigivne H₂ stammer fra HB arkene og ikke gennem en anden kemisk reaktion. Desuden anvendte de også scanningselektronmikroskopi og røntgenfotoelektronspektroskopi til at karakterisere arkene før og efter H₂ frigivelse, hvilket giver yderligere indsigt i de underliggende mekanismer i processen.

Disse resultater bidrager til udviklingen af ​​sikre og lette brintbærere med lavt energiforbrug. Selvom holdet undersøgte den spredte form af HB-arkene i det publicerede papir, er de nuværende resultater gældende for film- eller bulk-baserede HB-arksystemer til H₂ frigøre. Desuden vil holdet undersøge genopladeligheden af ​​HB-plader efter dehydrogenering i en fremtidig undersøgelse.

Flere oplysninger: Satoshi Kawamura et al., Elektrolytisk hydrogenfrigivelse fra hydrogenboridplader, Small (2024). DOI:10.1002/sml.202310239

Journaloplysninger: Lille

Leveret af Tokyo Institute of Technology