محققان دانشگاه میزوری اخیراً در روشی جدید با ایجاد نانوحفره‌ها در ساختارهای کربنی موفق شدند تا قابلیت آنها را در ذخیره‌ی هیدروژن به نحو قابل ملاحظه‌ای افزایش دهند.
ابداع روشی جدید در ذخیره‌ی هیدروژن
کربن به‌دلیل سبکی و ارزان بودن به‌عنوان یکی از گزینه‌های مورد توجه دانشمندان برای ذخیره‌ی هیدروژن مطرح بوده‌است؛ اما انرژی برهم‌کنش پایین آن با مولکول‌ها و اتم‌های هیدروژن موجب شده تا از ظرفیت کافی برای ذخیره‌ی هیدروژن در دمای اتاق نداشته باشند.
محققان دانشگاه میزوری اخیراً در روشی جدید با ایجاد نانوحفره‌ها در ساختارهای کربنی موفق شدند تا قابلیت آنها در ذخیره‌ی هیدروژن را به نحو قابل ملاحظه‌ای افزایش دهند. واکسلر و همکارانش دریافتند که میل پیوندی هیدروژن و کربن را می‌توان با سفارشی کردن این ماده و ایجاد برخی مشخصه‌های معین از قبیل افزایش انرژی پیوندی بین دو ماده افزایش داد. به این منظور آنها قابلیت مواد کربنی نانوحفره‌ای (حفراتی با قطر بین یک تا چند نانومتر) را در ذخیره‌ی هیدروژن با ترکیب مدل‌سازی رایانه‌ای و آزمایش‌های علمی واقعی بررسی کرده، دریافتند که این مواد کربنی با داشتن فضاهای خالی بسیار کوچک و قابلیتی که در ذخیره‌ی برگشت‌پذیر هیدروژن دارند یکی از گزینه‌های بسیار مناسب برای ذخیره‌ی هیدروژن است و می‌توان به‌راحتی و بدون نگرانی نسبت به کنترل حرارت، آنها را با هیدروژن پر کرد.
روش این محققان شامل دو بخش کلیدی است: نخست طراحی ساختارهای کربنی با نسبت مساحت سطح به حجم بسیار بالا و دوم وارد کردن مقدار بسیار کم آلاینده از یک عنصر مناسب از قبیل بور، آهن و نیتروژن. بالابودن نسبت سطح به حجم موجب ایجاد سطوح بسیار که دارای تعداد زیادی نانوحفره است، شده و میزان جذب سطحی هیدروژن را در عین استفاده از همان مقدار ماده‌ی قبلی به حد اکثر می‌رساند. وارد کردن ناخالصی هم موجب تشدید برهم‌کنش کربن ـ هیدروژن می‌شود.
به این منظور این محققان با حرارت دادن پوسته‌ِی غلات، گرانول‌های کربنی ریزی را با فضای ۳۱۰۰ متر مربع در گرم ماده ایجاد کردند. پهنای بسیار کم حفرات موجود در این گرانول‌های کربنی، چاه‌های انرژی پتانسیل بسیار عمیقی را ایجاد کرده، انرژی پیوندی کربن‌ها را تقریباً تا دو برابر افزایش می‌دهند. به این ترتیب این محققان موفق شدند به ظرفیتی معادل صد گرم هیدروژن در هر کیلوگرم ماده در دمای ۸۳ کلوین (حدود ۳۱۰- درجه‌ی فارنهایت) و ۲۰ گرم هیدروژن در هر کیلوگرم از ماده در دمای ۳۰۳ کلوین (حدود ۸۶ فارنهایت)دست یابند. این مقدار اگرچه هنوز تا استاندار تعریف‌شده‌ی وزارت انرژی آمریکا برای ذخیره‌ی هیدروژن در سال ۲۰۱۰ (۴۵ گرم هیدروژن در هر کیلو گرم برای مواد جامد و ۲۸ گرم در لیتر برای مایعات در شرایط فشار پایین دمای اتاق) فاصله دارد؛ اما به باور این محققان با توجه به این یافته‌ها رسیدن به این استاندارد دور از انتظار نیست.
به گفته‌ی رکسلر، نتایج این تحقیق در فناوری‌های هیدروژنی (وسایل نقلیه و دیگر کاربردها) که تاکنون در اثر نبود مواد مناسب برای ذخیره‌ی هیدروژن پیشرفت کمی داشته‌اند، حائز اهمیت است.
