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科學家離解決氫能源難題又近了一步


遠東聯邦大學(Far Eastern Federal University)的一組科學家和來自奧地利、土耳其、斯洛伐克、俄羅斯(國立科技大學、莫斯科國立大學)及英國的同事找到了一種室溫下氫化薄金屬玻璃層的方法。

這項技術或將為氫能源領域提供更多低廉、節能和高性能的材料及工藝。

這項研究的論文發表在《電源雜誌》上。

該科學家團隊開發了一種非晶納米結構(鐵鎳基金屬玻璃),可用於收集和存儲氫,甚至能代替小型系統中的鋰離子電池。

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金屬玻璃或將取代目前氫能源系統中所用的一種昂貴元素鈀。氫能源無法大規模量產的主要原因是缺乏經濟可用的能源存儲系統。有了這項新開發的技術,該團隊離解決氫存儲問題又近了一步。

遠東聯邦大學自然科學學院計算機系統系的助理教授Yurii Ivanov表示,「氫是宇宙中最常見的化學元素,也是一種清潔的可再生能源,有潛力取代目前使用的所有類型燃料。

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然而,氫的存儲卻是一個技術性難題。鈀是存儲和催化氫的關鍵材料之一,但其造價十分昂貴,而且在極端條件下才不易發生氧化還原反應。這些因素阻礙了氫能源在工業上的應用。

此外,由於所謂的原子自由體積(如原子之間的空間),這種玻璃對氫的『吸收』效率比其他任何一種具有晶體結構的材料都高。」

根據該研究員所說,由於金屬玻璃具有非晶體結構,沒有典型多晶體金屬的那些缺陷,而且具備很強的抗氧化和耐腐蝕能力,因而在能源領域潛力巨大。

這項研究工作的獨特之處在於,使用電化學方法來氫化金屬玻璃,並研究其吸收氫的能力。

標準的加氫方法(如氣體吸附)需要高溫高壓,而高溫高壓會對金屬玻璃的性能產生負面影響,所以在研究中使用的材料選擇範圍較窄。與氣體吸附不同,電化學加氫法能讓氫氣在室溫下與電極(由鐵鎳金屬玻璃製成)表面發生反應,與鈀的情況類似。

該團隊還提出了一個「有效體積」的新概念,用以分析金屬玻璃吸收和釋放氫的效率。為此,還將使用高解析度電子顯微鏡和X射線光電能譜測量玻璃-氫反應區域的厚度和成分。

該團隊計劃在未來開發和優化新型金屬玻璃成分,以應用於實際的能源領域。

早些時候,來自遠東聯邦大學、劍橋(英國)和中國科學院的一組材料科學家已經開發了一種3D金屬玻璃的「再生」方法,而3D金屬玻璃最具實踐應用前景,其具有更強的可塑性和抗超臨界負荷能力。

這種改進的金屬玻璃可用於許多領域,從塑料電子器件到各種傳感器和變壓器的鐵芯、醫用植入物以及衛星的保護塗層。

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