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Bornitrid-Graphen oder bestes Wasserstoffspeichermaterial

Jan 12, 2019

Eine kürzlich von der Rice University durchgeführte Studie hat gezeigt, dass "Graphen, das durch Nanotubesäulen aus Bornitrid getrennt ist" ein hervorragendes Material für die Wasserstoffspeicherung ist, das für wasserstoffbetriebene neue Energieträger einen Durchbruch bringen kann. Die Hauptautoren der Studie waren Rouzbeh Shahsavari, Materialwissenschaftler am Rice Laboratory, und Farzaneh Shayeganfar, deren Artikel im Journal Langmuir der American Chemical Society veröffentlicht wurden.




Sauerstoffdotiertes säulenförmiges Bornitrid-Graphen, Boratome und Stickstoffatome bilden "Säulen", die Platz für Wasserstoffatome zwischen den beiden Graphenschichten bieten, in denen Sauerstoffatome dotiert sind. Ihre Forschung wird durch Computersimulation realisiert. Der erste Schritt besteht in der Herstellung einer Bornitrid-Graphen-Struktur: Zuerst wird die zähe und elastische gepolsterte Graphen-Struktur simuliert und anschließend Bornitrid-Nanoröhrchen und Graphen nahtlos kombiniert, um eine einzigartige dreidimensionale Struktur zu bilden. Das Prinzip der Wasserstoffspeicherung in Pillornitrid-Graphen ist nicht kompliziert. Wir alle wissen, dass die Verwendung von Säulen im Gebäude mehr Platz schaffen kann. Nach dem gleichen Prinzip können die "Säulen" in Bornitrid-Graphen auch Platz für Wasserstoffatome schaffen. Die Schwierigkeit besteht jedoch darin, die Anzahl der eingesetzten Wasserstoffatome weiter zu erhöhen und bei Bedarf freizusetzen, was ebenfalls im Mittelpunkt steht dieser Forschung. Gemäß der neuesten Simulation der Molekulardynamik im Shasawari-Labor wird die Zugabe von Sauerstoff oder Lithium zu dem Material ihre Fähigkeit, Wasserstoff zu kombinieren, weiter verbessern. Ihre rechnerischen Untersuchungen konzentrierten sich auf vier Varianten: mit Sauerstoff und Lithium dotiertes Bornitrid und mit Bornitrid und Graphen versehene Struktur.




Die Ergebnisse zeigen, dass sauerstoffdotiertes Bornitrid-Graphen bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck die beste Speicherkapazität für Wasserstoff aufweist. Es kann 11,6% Wasserstoff tragen und hat etwa 60 g / l Wasserstoffspeicherkapazität. In dieser Hinsicht hat es viele Konkurrenten besiegt, darunter poröses Bornitrid, Metalloxidgerüste und Kohlenstoffnanoröhren. Zusätzlich kann das Wasserstoffspeichergewicht von mit Sauerstoff dotiertem Bornitrid-Graphen bei -321 Grad Fahrenheit weiter auf 14,77% erhöht werden.




Was ist also die Wasserstoffspeicherkapazität? Im Gegensatz dazu strebt das derzeitige US-Energieministerium für ökonomische Wasserstoffspeichermedien - 5,5% Wasserstoffspeichergewicht und 40 g / l Speicherkapazität unter herkömmlichen Bedingungen, 7,5% Speichergewicht und 70 g / l Speicherkapazität sogar für das Endziel an. "Sauerstoff und Wasserstoff haben eine gute chemische Affinität. Durch das Einmischen von Sauerstoff in das Substrat kann das Material Wasserstoff besser kombinieren", erklärte Shasawari und erklärte, warum die Dotierung die Wasserstoffspeicherfähigkeit verbessert. Darüber hinaus machen die Polarisationseigenschaften von Bornitrid und Graphen sowie die hohe Elektronenbeweglichkeit von Graphen selbst das Material in der praktischen Anwendung sehr gut einstellbar. "Wir versuchen derzeit, die beste Konfiguration zu finden", sagte Shasawari, die ein Gleichgewicht zwischen Oberfläche und Gewicht des Materials, Temperatur und Druck sein sollte. "Computational Modeling ist derzeit die einzige praktische Forschungsmethode, da viele Variablen schnell am Computer getestet werden können und dies oft mehrere Monate dauert."




Gegenwärtig kann dieses Material problemlos die vom Energieministerium geforderten Auflade- und Entladezyklen von 1500 Kraftstoffen erfüllen, und die Forscher glauben, dass es robust und praktisch genug ist