【技術(shù)π】最新納米細(xì)化技術(shù) 氫儲(chǔ)存不再是難題

    Lawrence Livermore的科學(xué)家們與Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)對(duì)納米細(xì)化的高容量氮化鋰(Li3N)氫存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)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(kāi)發(fā)出一個(gè)高效的氫存儲(chǔ)系統(tǒng)，為氫動(dòng)力汽車帶來(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(chǔ)輕質(zhì)固態(tài)材料的開(kāi)發(fā)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

    復(fù)雜金屬氫化物有望用作儲(chǔ)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(xì)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(kuò)散路徑或通過(guò)改變材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性來(lái)促進(jìn)該過(guò)程。

    然而，Livermore-Sandia團(tuán)隊(duì)與泰國(guó)的Mahidol大學(xué)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所的研究表明，納米微細(xì)化可能得到另一個(gè)更重要的推論。他們發(fā)現(xiàn)納米精細(xì)氫化物內(nèi)部“納米界面”的存在可以改變材料循環(huán)時(shí)出現(xiàn)的相。

    研究人員綜合運(yùn)用理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)納米細(xì)化的高容量氮化鋰(Li3N)氫存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)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(shuō)：“關(guān)鍵是要消除不良中間相，因?yàn)橹虚g相會(huì)降低材料在成形或使用時(shí)的性能。如果能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，存儲(chǔ)容量動(dòng)力學(xué)將顯著提高，并且從熱力學(xué)角度來(lái)講實(shí)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(xì)化的顆粒足夠小，納米界面就能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這是氫存儲(chǔ)的新范例，因?yàn)檫@意味著反應(yīng)可以通過(guò)改變工程內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)而改變?！?/p>

    利弗莫爾研究人員使用非常規(guī)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(jié)果表明，消除納米細(xì)化氮化鋰的中間相可提高其性能，這是通過(guò)光譜確認(rèn)的。該工作不僅證明了納米細(xì)化氮化鋰可作為可再充電的高性能儲(chǔ)氫材料，還說(shuō)明適當(dāng)考慮固固納米界面和顆粒微觀結(jié)構(gòu)對(duì)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(shuō)：“電池電極材料中的儲(chǔ)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(chǔ)。對(duì)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(dá)到性能目標(biāo)的最佳方式。