Версия для слабовидящих
Графеновое оригами позволяет хранить водород с невиданной плотностью Печать Email
Новости науки
17.03.2014
Водород как топливо использовать очень непросто, и главная проблема в его низкой плотности. Даже если охладить водород до -252 °С (~20 К) и сделать жидким, то в одном литре вещества будет всего 71 г водорода. В литре бензина, где тот же водород входит в состав углеводородов, его уже 116 г. Итог предсказуем: энергетическая отдача литра бензина вчетверо выше, чем у литра водорода, и при этом его не надо охлаждать до безумных температур.

А ещё его можно сжимать, но даже при 700 атмосферах картина не лучше, чем с жидким хранением, тем более что баллонам требуется экстремальная прочность (метан, например, сжимают обычно до 200 атм), а отсюда и немалый вес установок. Наконец, на само сжатие уходит столько же энергии, сколько содержится в 2,1% сжимаемого газа... Как бы обойтись безо всех этих дорогостоящих охлаждений и сжатий?

Плотность хранения водорода в такой наноструктуре довольно высока безо всякого охлаждения или сжатия. (Здесь и ниже иллюстрации Teng Li,.Shuze Zhu.)


Инженеры Шуцзэ Чжу (Shuze Zhu) и Тэн Ли (Teng Li) из Мэрилендского университета (США) попробовали использовать для хранения водорода... оригами. Они взяли крохотные квадратики графена и сложили из них оригами-коробочку, которая способна открываться и закрываться сама по себе просто в ответ на изменения электрического поля, оказывающего воздействие на края графеновых листов:



Для справки: цель американского Минэнерго — достижение такого уровня хранения водорода, при котором лишь 5,5% веса запасающей его системы будет приходиться на этот газ (к 2020 году — до 7,5%). Так вот, оригами-клетке для водорода уже сейчас удалось довести этот показатель до 9,5%. Это рекорд, почти вдвое превышающий результаты ближайших конкурентов.

Итак, когда нужно, накапливающее оригами сохраняет водород, а по слабому электрическому сигналу, напротив, высвобождает его, позволяя получать газ для его использования в топливных элементах или обыкновенных ДВС. При всей кажущейся простоте концепции, она даёт возможность без громоздких и тяжёлых баллонов с теплоизоляцией криогенного оборудования хранить водород с недостижимой ранее плотностью «упаковки».

Добиться этого удалось за счёт экстремальной однородности поверхности графеновых пластинок, протечь сквозь которые водород не может, даже несмотря на одноатомную толщину каждой пластинки и соответствующий низкий вес. Более того, разработчики считают, что их система может достичь более высокой эффективности, что они и намерены продемонстрировать уже в ближайшее время.

На краях графеновых листов при приложении электрического поля близкие атомы углерода и водорода из-за разных зарядов начинают отталкиваться или притягиваться друг к другу, что открывает или закрывает оригами-клетку.


«Как и бумажное оригами, позволяющее производить сложные трёхмерные структуры из изначально двумерной бумаги, графеновое оригами стало основой для проектирования и создания таких углеродных наноструктур, которых в природе просто нет, — говорит Тэн Ли. — Зато они обладают нужными нам качествами. Мы уже создали наноклетки и нанокорзины для хранения не только водорода, но и других грузов молекулярных размеров».

Разумеется, для массового внедрения технологии её нужно тщательно отработать. К счастью, недавние подвижки в производстве крупных пластин графена при разумных затратах дают основания надеяться, что и графеновое оригами вскоре станет весьма практичным.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале ACS Nano.

Подготовлено по материалам Мэрилендского университета.

Материал подготовлен при поддержке проекта

Источник - http://compulenta.computerra.ru/tehnika/devices/10011996/

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта