نانوکامپوزیتی برای ذخیره هیدروژن با ظرفیت بالا

دانشمندان آزمایشگاه ملی برکلی لاورنس در آمریکا برای ذخیره هیدروژن ماده کامپوزیتی جدیدی طراحی کرده‌اند. این کامپوزیت شامل نانوذرات منیزیوم درج شده در ماتریس پلی‌متیل متاکریلات است. این نانوکامپوزیت انعطاف‌پذیر هیدروژن را در دماهای نسبتاً کم به سرعت جذب و رها می‌کند، بدون اینکه فلز منیزیوم اکسید شود. این قابلیت تحول بزرگی در طراحی موادی برای ذخیره هیدروژن، باتری‌ها و پیل‌های سوختی است.

دانشمندان آزمایشگاه ملی برکلی لاورنس در
آمریکا برای ذخیره هیدروژن ماده کامپوزیتی جدیدی طراحی کرده‌اند. این
کامپوزیت شامل نانوذرات منیزیوم درج شده در ماتریس پلی‌متیل متاکریلات است.
این نانوکامپوزیت انعطاف‌پذیر هیدروژن را در دماهای نسبتاً کم به سرعت جذب
و رها می‌کند، بدون اینکه فلز منیزیوم اکسید شود. این قابلیت تحول بزرگی در
طراحی موادی برای ذخیره هیدروژن، باتری‌ها و پیل‌های سوختی است.

از سال ۱۹۷۰ هیدروژن بواسطه احتراق پاکش بعنوان جایگزین نویدبخشی برای سوخت‌های
فسیلی مطرح شده است. برخلاف احتراق سوخت‌های فسیلی که گازهای گلخانه‌ای و
آلاینده‌های مضر تولید می‌کنند، تنها محصول فرعی احتراق هیدروژن آب است.
هیدروژن در مقایسه با بنزین سبک است، می‌تواند چگالی انرژی بالاتری تهیه
کند، و به آسانی قابل دسترس است. اما برای استفاده از هیدروژن باید آن را
بطور بی‌خطر و متراکم ذخیره کرد.

این تصویر شماتیک، نانوبلورهای منیزیوم ظرفیت بالا را نشان می‌دهد که در یک ماتریس
پلیمری کپسوله شده‌اند. این ماتریس پلیمری گاز هیدروژن را بصورت انتخاب‌پذیری از
خود عبور می‌دهد.
در سال‌های اخیر تحقیقات بسیاری در زمینه
ذخیره‌ی هیدروژن در جامدات انجام شده است. با این حال، اغلب این جامدات می‌توانند
فقط مقادیر کمی از هیدروژن را ذخیره کنند و گرما یا سرمای زیادی برای
افزایش راندمان‌شان نیاز دارند.

جف اِربان، یکی از این محققان، می‌گوید: این کار توانایی ما را در طراحی
مواد نانومقیاس کامپوزیتی نشان می‌دهد که بر مانع‌های سینتیکی و
ترمودینامیکی اساسی جهت ساخت ماده ترکیبی که از نظر تاریخی بی‌نظیر است،
غلبه می‌کند. بعلاوه، ما قادر به بکارگیری خواص بی‌نظیر پلیمرها و نانوذرات
در این ماده کامپوزیتی جدید شده‌ایم که ممکن است بتوان آن را جهت حل مشکلات
مربوط به دیگر زمینه‌ها بطور گسترده استفاده کرد.

این محققان برای مشاهده نانوبلورهای منیزیوم منفرد پراکنده شده در این
پلیمر، از قویترین میکروسکوپ الکترونی عبوری جهان واقع در مرکز ملی برای
میکروسکوپ الکترونی (NCEM)، استفاده کردند. این محققان همچنین با استفاده
از این میکروسکوپ قادر به ردیابی نقایص (جاهای خالی اتمی در یک چارچوب
بلوری منظم) شدند که به ارائه دیدگاه جدیدی در زمینه رفتار هیدروژن داخل
این دسته از مواد ذخیره‌سازی، منجر شد.

کریستین کیسیلووسکی، یکی دیگر از این محققان، می‌گوید: ما طی تحقیقات طیف‌نمایی
وابسته به زمان با میکروسکوپ الکترونی عبوری، حضور هیدروژن در این ماده را
نشان دادیم. این تحقیقات نشان می‌دهند که حتی تصویربرداری مستقیم ستون‌های
هیدروژن در چنین موادی، با این میکروسکوپ الکترونی بسیار پرقدرت امکان‌پذیر
است.

جزئیات نتایج این تحقیق در مجله‌ی Nature Materials منتشر شده است.