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产品动态
Part 1. 引言

随着能源结构从传统的化石能源到清洁能源的转变,“氢经济”已成为当前炙手可热的话题。而在整个氢能供应链中,如何高密度安全储运氢是目前最大的瓶颈和挑战。尤其是,对于车载应用,储氢材料应满足以下要求:高重量和体积容量,高存储稳定性和循环稳定性,快速动力学,接近环境的工作条件,高安全性和低成本。

Part 2. 固态储氢材料的挑战

采用固态储氢不仅可以大幅提高体积储氢密度,还提高储运氢的安全性,为解决人们最关心的氢能高密度储存和安全应用这两个问题提供了重要的解决方案。目前,科学家已经开发了多种固态氢存储材料,主要分为两大类:1)高比表面积的多孔材料,可以通过物理吸附捕获氢分子。其优点是具有较大的储存容量,出色的动力学性能和循环性能。但是,由于吸附力弱,因此必须在极低的温度(如-200 ℃)和高压下才能操作。2)金属氢化物,可通过化学键捕获氢分子。传统的金属氢化物对氢的化学吸附强度高,且可以在环境条件下存储/释放氢,但却面临着存储容量的问题(小于2 wt%)。虽然近年来基于Mg的轻质金属氢化物表现出较高的储氢能力高,过强的化学键导致释放氢的困难,通常需要300-400°C的高温才能克服热力学的能量障碍,增加了热管理成本,并使储氢系统复杂化。因此,在环境条件下开发高容量储氢材料仍然是储氢领域的长期目标。

Part 3. 成果速览

鉴于此,北京航空航天大学水江澜教授团队通过氢氟酸不完全蚀刻Mxene开发了一种高容量的室温储氢材料---块状Ti2CTx(T为官能团)。该材料在室温和相对安全的60 bar压力下储存8.8 wt%的氢气,几乎是已报道的相同压力下的最高储氢能力的两倍!即使在大气环境下(25℃,1 bar),块状Ti2CTx仍然能够保留约4wt%的氢气。值得一提的是,Ti2CTx材料中的储氢是稳定且高度可逆的,氢气的释放可以在低于95℃的温度下通过压力调控。上述工作以“Hydrogen storage in incompletely etched multilayer Ti2CTx at room temperature”为题,发表在《Nature Nanotechnology》上。北京航空航天大学材料学院Shiyuan Liu为文章第一作者,水江澜教授为唯一通讯作者。

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