Экологичная альтернатива хранения водорода с использованием углеродных нанотрубок

Экологичная альтернатива хранения водорода с использованием углеродных нанотрубок

Многослойные углеродные нанотрубки (MWCNT) могут использоваться для хранения водорода, поскольку они экономичны, экологически приемлемы и демонстрируют отличные характеристики в процессах адсорбции и десорбции. В статье, опубликованной недавно в журнале Heliyon, описывается новый метод очистки многослойных углеродных нанотрубок для хранения H 2 .

Исследование: Хранение водорода в очищенных многослойных углеродных нанотрубках: влияние циклов гидрогенизации газа на кинетику адсорбции и их характеристики. Изображение предоставлено: petrmalinak / Shutterstock.com

Водород; экологически чистый источник энергии

Безопасная и возобновляемая энергия стала средоточием экономического процветания в развитых странах. Основная цель – удовлетворить потребность в увеличении энергоснабжения, которая является следствием как роста населения, так и экологических проблем во всем мире. Как экологически безопасный источник энергии водород может стать экономически эффективным вариантом для удовлетворения растущих потребностей в энергии. Однако три различных формы водорода, включая сжатый газ, криогенную жидкость и твердую форму, создают значительные трудности при хранении и транспортировке.

Металлические гидриды, химические устройства для хранения водорода и УНТ были отмечены как многообещающие технологии для хранения водорода в последние годы. Из-за финансовых проблем и вопросов безопасности несколько исследований были сосредоточены на хранении H 2 в твердотельной форме, в которой водород смешивается с металлами и сплавами посредством адсорбции и десорбции, в отличие от хранения в жидком состоянии.

Использование углеродных нанотрубок (УНТ) для H 2 Хранение

Развитие высоких возможностей хранения водорода в углеродных наноматериалах, таких как оксид графена и УНТ, увеличило внимание к хранению H 2 в твердых материалах. Углеродные нанотрубки (УНТ) являются отличными накопителями H 2 из-за их большой площади поверхности и небольшой массовой концентрации. Адсорбция и десорбция – два очень эффективных метода хранения водорода в углеродсодержащих твердых веществах.

Однако недавние исследования показали, что накопительная способность нанотрубок H 2 меньше критерия, установленного Министерством энергетики США (DoE). Это связано с тем, что методы и обстоятельства выращивания углеродных нанотрубок существенно влияют на процессы адсорбции и десорбции, что приводит к снижению емкости хранения.

Загрязняющие вещества, такие как металлические катализаторы и углеродистые элементы, присутствуют в конечном продукте из-за процессов синтеза, используемых для изготовления УНТ.

Очистка многостенных углеродных нанотрубок

В этой статье представлены результаты нескольких процедур, используемых для анализа многослойных УНТ, синтезированных и очищенных с помощью химического осаждения из газовой фазы с помощью аэрозоля. Были исследованы архитектура, морфология поверхности, степень графитизации и качество нанотрубок. С помощью технологии кварцевых микровесов (QCM) были определены накопительная емкость H 2 и адсорбционная способность УНТ.

<img alt=" Схема экспериментальной установки для изучения адсорбции H2 "src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38288_16384417417086592.jpg "style =" width: 2000px; height: 1470px; "width =" 2000 "height =" 1470 "/>

Схема экспериментальной установки для исследований адсорбции H 2 . Изображение предоставлено: Москера-Варгас, Э. и др.

Метод химического осаждения из паровой фазы с помощью аэрозоля был использован для создания многослойных УНТ в водном растворе. После естественного охлаждения системы до температуры окружающей среды потемневшие частицы собирали для определения характеристик. Чтобы изучить влияние очистки MWCNT на оставшиеся вторичные фазы и возможности хранения H 2 материалы были очищены с использованием плавиковой кислоты (HF) и соляной кислоты (HCl).

Результаты исследований

Подход CVD с использованием аэрозолей (AACVD) был использован для создания многостенных. Очищенные многостенные углеродные нанотрубки были использованы в этом исследовании для значительного расширения возможностей хранения водорода. Согласно рентгеноструктурному анализу, металлические катализаторы и углеродные нановолокна в очищенных УНТ были разделены и разложены термической обработкой, сопровождаемой кислотной процедурой.

Образец углеродной нанотрубки с чистотой 15% имел самую высокую удельную поверхность, которая была почти в десять раз больше, чем у других материалов. Согласно тестам комбинационного рассеяния света и исследованиям с помощью просвечивающего электронного микроскопа, очищенные МУНТ содержат минимальные дефекты и кристаллическую структуру графеновых листов.

Результаты также показали, что чистые MWCNT обладают выдающимися свойствами адсорбции водорода, поскольку они могут адсорбировать больше молекул H 2 чем неочищенные углеродные нанотрубки с идеальной гексагональной решеткой. Обстоятельства синтеза также влияют на форму и емкость УНТ, а также на используемый метод очистки.

Используя подход к очистке многослойных УНТ, было показано, что емкость накопления водорода является относительно хорошей при более высоких давлениях. Однако способность хранения очищенных углеродных нанотрубок H 2 при низком (стандартном) давлении не соответствовала стандартам, установленным Министерством энергетики США для статических и мобильных систем. При давлении абсорбции водорода 12,79 кПа оптимальный результат для способности накапливать H 2 был определен как 3,48 мас.%. Однако этот новый метод очистки может открыть путь для дальнейших исследований в области использования УНТ для хранения водорода.

Ссылка

Mosquera-Vargas, E., et al. (2021) Хранение водорода в очищенных многослойных углеродных нанотрубках: влияние циклов газовой гидрогенизации на кинетику адсорбции и их характеристики. Гелион, e08494. Доступно по адресу: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405844021025974[19459007provided

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

Source link