Для баков водородных автомобилей создали рекордно пористый материал

18.04.2020

На каждый грамм своей массы новый металл-органический каркас может запасать по полграмма топлива - водорода или метана


© EPA-EFE/Koen van Weel

Американские химики создали сверхпористый твердый материал, который можно использовать в качестве основы для баков водородных или метановых автомобилей. Статью с описанием материала опубликовал научный журнал Science.

"Мы создали новый метод хранения водорода и метана для следующего поколения "зеленых" автомобилей. Мы можем запасать огромные количества этих газов внутри пор металл-органических каркасов и поставлять их в двигатель автомобилей при значительно меньших давлениях, которые сейчас требуются для работы топливных ячеек подобных машин", - рассказал один из разработчиков, химик из Северо-Западного университета в Эванстоне (США) Омар Фарха.

Металл-органические каркасы (МОК) представляют собой полимерные материалы, которые состояи из ионов металлов и различных органических соединений. По своей структуре они похожи на пчелиные соты, благодаря чему их отличает высокая пористость и прочность. Катализаторы и фильтры на базе МОК уже применяются в промышленности для очистки воздуха от углекислого газа или водорода, а также для хранения этих газов.

Химики давно заметили, что размеры сот в подобных структурах могут меняться в широких пределах в зависимости от температуры среды, давления и других физических и параметров. Опираясь на это свойство МОК, ученые создали наночастицы, которые могут извлекать воду из воздуха, а также доставлять большие дозы антиоксидантов или лекарств в определенные клетки и ткани тела человека.

Фарха и его коллеги приспособили МОК для решения похожей, но несколько другой задачи - создания таких систем хранения взрывоопасных газов, которые одновременно позволяли бы запасать большие их количества и при этом были бы безопасны для пользователей.

На пути к водородной энергетике

Как объясняют ученые, сейчас эта проблема - главное препятствие на пути создания автомобилей на метане или водороде. Ученые уже много лет пытаются решить ее за счет различных пористых материалов, однако им пока не удавалось сделать "твердые" баки достаточно вместительными, легкими и при этом безопасными.

Химики из США, работавшие под руководством нобелевского лауреата Фрейзера Стоддарта, смогли преодолеть это препятствие. Они изучали один из недавно открытых МОК, NU-1500. Он представляет собой очень пористый материал с шестиугольными сотами, состоит из органических соединений и ионов железа или хрома.

Как показали опыты, NU-1500 сам по себе достаточно неплохо поглощает водород и метан. Тем не менее, химики усовершенствовали его, несколько увеличив размеры пор, добавив дополнительное углеродное кольцо в полимерную основу металл-органического каркаса, а также заменив железо на алюминий.

В результате у ученых получился новый материал, NU-1501, с рекордно высокой пористостью и способностью хранить большие объемы и массу метана и водорода. Как показали первые опыты с его прототипами в лаборатории, этот МОК хорошо поглощает оба газа при высоких давлениях, запасая примерно по полграмма топлива на каждый грамм своей массы.

Как надеются ученые, их материал, а также более совершенные версии этого МОК, быстро получат признание со стороны разработчиков водородных и метановых автомобилей и помогут им быстрее вытеснить машины, на бензине и других видах нефтепродуктов.

Источник: Тасс

Читайте другие наши новости