Materiál s nanopórmi dokáže uskladniť obrovské množstvo vodíka

Vodík ako čisté palivo nachádza množstvo uplatnení, napríklad v nákladnej doprave a úžitkových vozidlách, v leteckej doprave na krátke vzdialenosti a v lodnej doprave. Na svoju hmotnosť a objem nesie podstatne viac energie ako lítiové batérie a dokáže zabezpečiť lepší dojazd a rýchle doplnenie paliva. Môže sa spaľovať ako benzín, ale dá sa použiť aj v palivových článkoch, kde generuje elektrinu.

Má najvyššiu energiu na hmotnosť zo všetkých palív, ale jeho skladovanie je ťažké. Možno ho držať v plynových nádržiach, ale treba ho natlakovať asi na 700 atmosfér. Možno ho uskladniť aj ako kvapalinu, ale treba ho udržiavať na kryogénnych teplotách len 20 stupňov nad absolútnou nulou. Takisto môže byť stlačený do podchladenej kvapaliny, ale vtedy zaberie veľký priestor a jeho obsluha je energeticky náročná.

Teraz kórejskí vedci z Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) tvrdia, že vytvorili materiál, ktorý ukladá vodík v dvojnásobnej hustote oproti jeho kryogénnej kvapalnej forme. Vodík ako molekula sa môže fyzicky adsorbovať do porézneho materiálu v procese nazývanom fyzisorpcia. Vysoko porézne materiály už v minulosti preukázali schopnosť uskladniť veľké množstvo vodíka na jednotku hmotnosti, ale mali problém uložiť veľké množstvo energie v malom objeme.

Tím teraz syntetizoval nanopórovitý borohydrid horčíka, štruktúru s čiastočne záporne nabitými atómami vodíka tvoriacimi vnútorný povrch nanopóru, čo umožňuje absorpciu vodíka a dusíka. Hoci do pórov môže vstúpiť dusík aj vodík, výskumníci zistili, že príjem plynu v prípade vodíka je trojnásobne väčší, keďže oba plyny obsadzujú v póroch rôzne adsorpčné miesta.

Výskumníci spozorovali, že vysoká hustota vodíka v malých póroch je spôsobená anizotropným (smerovo závislým) tvarom molekúl vodíka, ktoré sa pri tlaku blízkom okolitému prostrediu zvyčajne vyskytujú ako tesne usporiadané guľôčky. Materiál ukladal zhluk piatich molekúl vodíka v 3D usporiadaní, čím sa zlepšila objemová kapacita. Zistili, že borohydrid horčíka dokáže uskladniť bezprecedentných 144 g vodíka na liter objemu pórov v porovnaní so 70,8 g/l, ktoré dosahuje kryogénny kvapalný H2, alebo 86 g/l, ktoré možno získať z pevného vodíka. 

Pravdepodobne to nebude riešenie pre lietadlá na vodíkový pohon, pretože kryogénne zariadenie s kvapalným vodíkom je ľahšie. Na druhej strane by to určite mohlo byť sľubné v diaľkovej autodoprave alebo v nákladnej lodnej doprave, kde je hmotnosť menší problém a objem je väčší prínos. A zrejme najlepšie by sa materiál s nanopórmi hodil v prípade ukladania statickej energie, kde by sa vodík mohol používať viac-menej ako batéria. Štúdia bola publikovaná v časopise Nature Chemistry.

Zdroj: newatlas.com.