Das Problem der Speicherung von unter Druck stehendem Wasserstoff

Druck

Das dornige Problem, wie man Wasserstoffkraftstoff sicher für zukünftige Fahrzeuge und tragbare Geräte speichert, könnte gelöst werden, indem man es einfach in nanoskopischen Kohlenstoffrollen speichert.

Wissenschaftler in Griechenland haben herausgefunden, dass sie einen Weg gefunden haben, so genannte "Kohlenstoff-Nanorollen" mehr Wasserstoff zu speichern als jedes andere Material.

Durch das Hinzufügen von Verunreinigungen zu gerollten Kohlenstoffschichten in detaillierten Computersimulationen fanden sie heraus, dass sie kontrollieren konnten, wie fest die Spiralen aufgewickelt sind und somit wie viel Wasserstoff sie adsorbieren.

Dieses Ergebnis ist sehr vielversprechend, da es eine potentielle Lösung für eines der Hauptprobleme der Wasserstoffspeicherung für mobile Anwendungen darstellt, sagt George Froudakis von der Universität von Kreta, der die Arbeit leitete.

Wasserstoff ist als sauberer Kraftstoff der Zukunft für Elektrofahrzeuge und tragbare Geräte bekannt. Aber trotz seiner höheren Energie als Kohlenwasserstoff-Brennstoffe, macht es seine unglaublich niedrige Dichte schwierig, in ausreichender Menge zu speichern, um es lohnend zu machen.
Unter Druck

Das Verflüssigen von Wasserstoff unter hohem Druck ist sowohl teuer als auch potentiell gefährlich. Selbst dann wäre es bei einer Dichte von nur einem Zehntel des Wassers notwendig, das vierfache Volumen der Flüssigkeit zu speichern, um den Energiegehalt des Benzins zu erreichen.

"Die meisten Wissenschaftler, die auf diesem Forschungsgebiet arbeiten, glauben, dass die Lösung dieses Problems aus der Synthese neuer Materialien resultiert", sagt Froudakis.

In der Tat hat das US-Energieministerium (DOE) 2003 das Ziel gesetzt, neuartige Materialien zu entwickeln, die in der Lage sind, bis 2010 genügend Wasserstoff zu speichern, um 6% ihres Gesamtgewichtes zu speichern.

Die Idee besteht darin, Materialien mit großen Oberflächen zu finden, die Wasserstoff in viel höheren Dichten aufsaugen als bisher möglich und ohne extreme Kühlung oder Druckbeaufschlagung.
Verunreinigungen hinzufügen

Um dieses Problem anzugehen, führten Froudakis und Kollegen Computersimulationen durch, um zu sehen, wie die Wasserstoffaufnahme von Kohlenstoff-Nanorollen durch Zugabe von Mengen verschiedener Alkalimetalle beeinflusst werden kann. Diese Verunreinigungen bewirken, dass der Atomabstand zwischen den Schichten einer Spirale variiert.

Ihre Ergebnisse legen nahe, dass die Zugabe von Lithiumionen die Aufnahme von Wasserstoff bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur von 0,19% auf 3,31% erhöhen sollte.

Das ist doppelt so viel wie bei anderen Materialien. Darüber hinaus sollte die Wasserstoffaufnahme bei sinkender Temperatur zunehmen, so die Forscher.

Dies sind erhebliche Mengen an Wasserstoff, sagt Frantisek Svec, ein Forscher am Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien, USA. aber sie bleiben immer noch hinter den Zielen des DOE zurück.

Da die Studie nur eine Simulation ist, müssen die Ergebnisse experimentell bestätigt werden. "Leider sind diese kohlenstoffbasierten Materialien in der Praxis meist viel weniger ermutigend", sagt Svec.

Zeitschriftenreferenz: Nano Letters (doi: 10.1021 / nl070530u)

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