Azotek boru i grafen trafią do samochodów przyszłości?

Zdaniem naukowców z Rice University warstwy grafenu oddzielone od siebie nanorurkami z azotku boru nadają się do przechowywania wodoru i mogą trafić do samochodów przyszłości.

Amerykański Departament Energii opracował standardy dla systemów przechowywania wodoru służącego jako paliwo samochodowe. Uczeni z Rice University sądzą, że opracowany przez nich materiał może spełniać opisane warunki. Naukowcy najpierw wykorzystali modele komputerowe, by zbadać, jak wodór będzie wpływał na grafen, następnie dodali do całości nanorurki z azotku boru tworząc wirtualną trójwymiarową strukturę i badając jej właściwości. Symulacje wypadły pomyślnie. Stworzono też rzeczywiste próbki nowego materiału i okazało się, że nanorurki azotku boru bez problemu łączą się z grafenem. Nanorurki te, ustawione pionowo, oddzielają od siebie warstwy grafenu, tworząc miejsce, w którym można przechowywać atomy wodoru. Głównym problemem jest umieszczenie wodoru w takiej strukturze, utrzymanie go w niej i pozyskiwanie na żądanie.
Najnowsze symulacje dynamiki wodoru w takiej strukturze wykazały, że nowy materiał ma dużą powierzchnię (ok. 2547 m² na gram) i dobrze uwalnia wodór. Dodanie tlenu lub litu pozwala na jeszcze lepsze wiązanie wodoru. Symulowanie różnych rodzajów opisanej struktury dowiodło, że w temperaturze pokojowej i przy standardowym ciśnieniu atmosferycznym nowy materiał może przechować 11,6% swojej wagi w postaci wodoru (pojemność grawimetryczna) oraz 60 gramów tego pierwiastka na litr (pojemność wolumetryczna). To znacznie lepszy wynik niż współcześnie używane technologie. Co ważne, materiał spełnia też zalecenia Departamentu Energii, zgodnie z którymi początkowo systemy tego typu powinny charakteryzować się pojemnością grawimetryczną rzędu 5,5% i pojemnością wolumetryczną wynoszącą 40 g/litr. Docelowo ich pojemność grawimetryczna powinna wynieść 7,5%, a wolumetryczna - 70 g/litr.

Naukowcy dowiedzieli się też, że atomy wodoru wiążą się ze strukturą azotku boru i grafenu za pomocą sił van der Waalsa. Gdy jednak całość zostaje wzbogacona o tlen, pojawiają się silniejsze wiązania i powstaje lepsza powierzchnia dla wodoru, który najprawdopodobniej byłby do takiego zbiornika wtłaczany pod ciśnieniem, a uwalniany, gdy ciśnienie zostanie zmniejszone.
Na razie naukowcy skupili się wyłącznie na symulacjach komputerowych, gdyż można je było przeprowadzić w ciągu kilku dni. Badania prowadzone z systemami fizycznymi zajęłyby wiele miesięcy. Uczeni podkreślają, że opracowna przez nich struktura powinna być na tyle wytrzymała, że bez problemu spełni zalecenie Departamentu Energii, który chce, by zbiorniki na wodór przetrwały 1500 cykli napełniania/opróżniania.

azotek boru grafen wodór zbiornik