Rare Earth Hydrides กลายเป็นวัสดุที่น่าสนใจในขอบเขตของการจัดเก็บไฮโดรเจนโดยมีคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ซึ่งทำให้พวกมันแตกต่างจากวัสดุเก็บไฮโดรเจนอื่น ๆ ในฐานะซัพพลายเออร์ของ Rare Earth Hydrides ฉันรู้สึกตื่นเต้นที่จะเจาะลึกการเปรียบเทียบอย่างละเอียดระหว่าง Harer Hydrides ของ Rare Earth และทางเลือกการจัดเก็บไฮโดรเจนอื่น ๆ
วัสดุการจัดเก็บไฮโดรเจน
ไฮโดรเจนได้รับการยกย่องอย่างกว้างขวางว่าเป็นผู้ให้บริการพลังงานที่สะอาดและมีประสิทธิภาพ แต่การจัดเก็บยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญ วัสดุที่แตกต่างกันได้รับการสำรวจสำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจนแต่ละชุดมีชุดของข้อดีและข้อ จำกัด ของตัวเอง หมวดหมู่หลักของวัสดุการจัดเก็บไฮโดรเจน ได้แก่ ไฮไดรด์โลหะไฮไดรด์ที่ซับซ้อนวัสดุที่ใช้คาร์บอนและเฟรมเวิร์กอินทรีย์ที่มีรูพรุน
ไฮไดรด์โลหะ
ไฮไดรด์โลหะเป็นสารประกอบที่เกิดจากปฏิกิริยาของโลหะกับไฮโดรเจน พวกเขาสามารถเก็บไฮโดรเจนในสถานะที่เป็นของแข็งซึ่งมีข้อได้เปรียบเช่นความหนาแน่นของไฮโดรเจนปริมาตรสูงและเงื่อนไขการจัดเก็บที่ค่อนข้างปลอดภัย ไฮไดรด์โลหะธรรมดาเช่นแมกนีเซียมไฮไดรด์ (MGH₂) และไฮไดรด์ไทเทเนียมได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง MGH₂มีความสามารถในการจัดเก็บไฮโดรเจนในเชิงทฤษฎีสูงประมาณ 7.6 wt%แต่ได้รับความทุกข์ทรมานจากการดูดซับไฮโดรเจนช้าและจลนพลศาสตร์การดูดซับและต้องใช้อุณหภูมิสูง (ประมาณ 300 - 400 ° C) เพื่อการทำงานที่มีประสิทธิภาพ
ไฮไดรด์ที่ซับซ้อน
ไฮไดรด์ที่ซับซ้อนเช่นโซเดียมอะลาเนต (Naalh₄) เป็นวัสดุอีกประเภทหนึ่งสำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจน สารประกอบเหล่านี้อาจเก็บไฮโดรเจนจำนวนมาก ตัวอย่างเช่นNaalh₄มีความสามารถทางทฤษฎี 5.6 wt% อย่างไรก็ตามไฮไดรด์ที่ซับซ้อนมักจะต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อปรับปรุงจลนพลศาสตร์การดูดซับไฮโดรเจนของพวกเขาและความมั่นคงในการขี่จักรยานของพวกเขาอาจเป็นปัญหา
วัสดุที่ใช้คาร์บอน
วัสดุที่ใช้คาร์บอนเช่นคาร์บอนและท่อนาโนคาร์บอนสามารถดูดซับไฮโดรเจนผ่านการดูดซับทางกายภาพ พวกเขามีข้อได้เปรียบของการดูดซับและอัตราการดูดซึมอย่างรวดเร็วที่แรงกดดันค่อนข้างต่ำ อย่างไรก็ตามความสามารถในการจัดเก็บไฮโดรเจนปริมาตรและ gravimetric นั้นค่อนข้างต่ำโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อม
เฟรมเวิร์กอินทรีย์ที่มีรูพรุน (MOFs)
MOFs เป็นวัสดุที่มีรูพรุนที่มีพื้นที่ผิวสูง พวกเขาสามารถดูดซับไฮโดรเจนผ่านการโต้ตอบที่อ่อนแอของ Van der Waals MOFs นำเสนอศักยภาพในการปรับขนาดรูขุมขนและคุณสมบัติพื้นผิวซึ่งสามารถปรับให้เหมาะสมสำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจน แต่คล้ายกับวัสดุที่ใช้คาร์บอนความสามารถในการจัดเก็บไฮโดรเจนของพวกเขาในสภาพการปฏิบัติยังคงมี จำกัด
Hare Earth Hydrides: ภาพรวม
Hare Hydrides หายากเกิดจากการรวมกันของโลหะหายากกับไฮโดรเจน องค์ประกอบของโลกหายากที่มีการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกเขามอบไฮไดรด์เหล่านี้ด้วยคุณสมบัติที่แตกต่างกันสำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจน
ความสามารถในการจัดเก็บไฮโดรเจน
โดยทั่วไปแล้ว Hare Hydrides จะมีความสามารถในการจัดเก็บไฮโดรเจนในระดับปานกลางถึงสูง ตัวอย่างเช่น,Samarium Hydrideสามารถเก็บไฮโดรเจนจำนวนมากได้ การก่อตัวของเฟสที่แตกต่างกันใน Hare Hydrides ที่หายากสามารถนำไปสู่ความสามารถในการจัดเก็บไฮโดรเจนแปรผัน ไฮไดรด์ของโลกหายากบางชนิดสามารถบรรลุอัตราส่วนอะตอมของไฮโดรเจนต่อ - โลหะใกล้กับ 3 ซึ่งบ่งบอกถึงปริมาณไฮโดรเจนที่ค่อนข้างสูงในวัสดุ
จลนพลศาสตร์
หนึ่งในคุณสมบัติที่น่าทึ่งของ Hare Hydrides ที่หายากคือการดูดซับไฮโดรเจนที่ค่อนข้างรวดเร็วและจลนพลศาสตร์ desorption เมื่อเทียบกับไฮไดรด์โลหะแบบดั้งเดิม นี่เป็นเพราะโครงสร้างผลึกที่เป็นเอกลักษณ์และคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของโลหะหายาก อะตอมของโลกหายากสามารถอำนวยความสะดวกในการแยกตัวและการรวมตัวกันใหม่ของโมเลกุลไฮโดรเจนซึ่งนำไปสู่กระบวนการดูดซับที่รวดเร็วยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่นTerbium Hydrideแสดงพฤติกรรมจลน์ที่ดีภายใต้เงื่อนไขอุณหภูมิและความดันที่เหมาะสม
อุณหพลศาสตร์
อุณหพลศาสตร์ของการจัดเก็บไฮโดรเจนใน Hare Earth Hydrides ก็เป็นที่นิยมในหลาย ๆ กรณี เอนทาลปีของการดูดซับไฮโดรเจนและปฏิกิริยาการดูดซึมในไฮไดรด์ของหายากดินสามารถปรับได้โดยการปรับแต่งองค์ประกอบของโลหะดินหายากหรือโดยการเพิ่มองค์ประกอบการผสม สิ่งนี้ช่วยให้การปรับอุณหภูมิการทำงานสำหรับการจัดเก็บและปล่อยไฮโดรเจนทำให้สามารถปรับให้เข้ากับสถานการณ์แอปพลิเคชันที่แตกต่างกันได้มากขึ้น
เสถียรภาพการขี่จักรยาน
Hare Hydrides หายากมักจะแสดงความมั่นคงในการขี่จักรยานที่ดี ในระหว่างการดูดซับไฮโดรเจนซ้ำ ๆ และรอบการดูดซับพวกเขาสามารถรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างและประสิทธิภาพการจัดเก็บไฮโดรเจน นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานจริงเนื่องจากช่วยให้มั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือในระยะยาวของระบบการจัดเก็บไฮโดรเจน
เปรียบเทียบกับวัสดุเก็บไฮโดรเจนอื่น ๆ
การเปรียบเทียบกำลังการผลิต
เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุที่ใช้คาร์บอนและ MOFs โดยทั่วไปแล้วจะมีความสามารถในการจัดเก็บไฮโดรเจน gravimetric และปริมาตรที่สูงกว่ามาก ตัวอย่างเช่นในขณะที่ท่อนาโนคาร์บอนอาจมีความสามารถในการจัดเก็บไฮโดรเจนน้อยกว่า 1 wt% ในสภาพแวดล้อม แต่ไฮไดรด์ Earth ที่หายากสามารถได้รับน้ำหนักหลายเปอร์เซ็นต์ อย่างไรก็ตามในแง่ของความสามารถทางทฤษฎีไฮไดรด์ที่ซับซ้อนบางอย่างอาจมีขอบเหนือดินที่หายาก แต่ความสามารถในทางปฏิบัติของไฮไดรด์ที่ซับซ้อนมักถูก จำกัด ด้วยปัญหาเช่นปฏิกิริยาที่ไม่สมบูรณ์และการปิดการใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยา
การเปรียบเทียบจลนพลศาสตร์
Hare Earth Hydrides มีประสิทธิภาพสูงกว่าไฮไดรด์โลหะดั้งเดิมจำนวนมากในแง่ของจลนพลศาสตร์ ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้วัสดุเช่นMGH₂มีจลนพลศาสตร์การดูดซับไฮโดรเจนช้าในขณะที่ไฮไดรด์ของโลกหายากสามารถดูดซับและ DESORB ไฮโดรเจนได้เร็วขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับไฮไดรด์ที่ซับซ้อนแล้ว Hare Hydrides ที่หายากไม่จำเป็นต้องเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีราคาแพงและบางครั้งก็ไม่เสถียรเพื่อให้ได้จลนพลศาสตร์ที่สมเหตุสมผล
การเปรียบเทียบอุณหพลศาสตร์
อุณหพลศาสตร์ของไฮโดรดิสของหายากจะเป็นที่นิยมมากกว่าวัสดุอื่น ๆ ตัวอย่างเช่นแมกนีเซียมไฮไดรด์ต้องใช้อุณหภูมิสูงสำหรับการสลายตัวของไฮโดรเจนซึ่งเป็นพลังงาน - เข้มข้น Hare Hydrides หายากมักจะทำงานที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่าทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีประสิทธิภาพการใช้พลังงานเป็นกังวล อย่างไรก็ตามเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุที่ใช้การดูดซับทางกายภาพเช่นวัสดุที่ใช้คาร์บอนและ MOFs ซึ่งสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิใกล้ - โดยรอบ, Hare Hydrides หายากยังคงต้องใช้อุณหภูมิที่ค่อนข้างสูงสำหรับการปล่อยไฮโดรเจนที่มีประสิทธิภาพ
การเปรียบเทียบความเสถียรของการขี่จักรยาน
โดยทั่วไปแล้ว Hare Hydrides จะมีความเสถียรในการขี่จักรยานที่ดีกว่าไฮไดรด์ที่ซับซ้อน ไฮไดรด์ที่ซับซ้อนอาจประสบปัญหาเช่นการแยกเฟสและการปิดการใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยาในระหว่างการปั่นจักรยานซึ่งอาจนำไปสู่การลดลงของความสามารถในการจัดเก็บไฮโดรเจนเมื่อเวลาผ่านไป วัสดุที่ใช้คาร์บอนและ MOFs อาจประสบกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหรือการสูญเสียไซต์ดูดซับในระหว่างการปั่นจักรยานซ้ำ ๆ ในขณะที่ Hare Hydrides หายากสามารถรักษาประสิทธิภาพของพวกเขาได้มากกว่ารอบจำนวนมาก
แอปพลิเคชันและโอกาสในอนาคต
คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของ Hare Hydrides หายากทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ในแหล่งพลังงานแบบพกพาความสามารถในการจัดเก็บไฮโดรเจนที่ค่อนข้างสูงและจลนพลศาสตร์ที่รวดเร็วสามารถใช้เพื่อพัฒนาแบตเตอรี่ไฮโดรเจนขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพ ในยานพาหนะของเซลล์เชื้อเพลิง Hare Hydrides หายากสามารถทำหน้าที่เป็นสื่อการจัดเก็บไฮโดรเจนที่เชื่อถือได้ซึ่งเป็นวิธีที่ปลอดภัยและสะดวกในการจัดเก็บและจัดหาไฮโดรเจน
เมื่อมองไปข้างหน้าการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Hare Hydrides ของ Rare Earth มุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงความสามารถในการจัดเก็บไฮโดรเจนลดอุณหภูมิการทำงานและสำรวจองค์ประกอบและโครงสร้างใหม่ โดยการผสมองค์ประกอบของโลกหายากกับโลหะอื่น ๆ หรือโดยใช้เทคนิคการสังเคราะห์ขั้นสูงเป็นไปได้ที่จะเพิ่มประสิทธิภาพของ Hare Hydrides หายากยิ่งขึ้น
สรุปและเรียกร้องให้ดำเนินการ
โดยสรุปแล้ว Rare Earth Hydrides นำเสนอทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับวัสดุการจัดเก็บไฮโดรเจนอื่น ๆ การรวมกันของความสามารถในการจัดเก็บไฮโดรเจนในระดับปานกลางถึงสูงจลนพลศาสตร์ที่รวดเร็วอุณหพลศาสตร์ที่ดีและความเสถียรในการขี่จักรยานที่ดีทำให้พวกเขาเป็นตัวเลือกที่มีแนวโน้มสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจน ในฐานะซัพพลายเออร์ของหายาก Earth Hydrides รวมถึงSamarium Hydride-Terbium Hydride, และdysprosium hydrideเรามุ่งมั่นที่จะจัดหาผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูงเพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับโซลูชั่นการจัดเก็บไฮโดรเจน
หากคุณสนใจที่จะสำรวจศักยภาพของ Hare Earth Hydrides สำหรับแอพพลิเคชั่นที่เก็บไฮโดรเจนของคุณเราขอเชิญคุณติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลเพิ่มเติมและเพื่อหารือเกี่ยวกับข้อกำหนดเฉพาะของคุณ ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราพร้อมที่จะช่วยเหลือคุณในการค้นหาวัสดุที่หายากมากที่สุดสำหรับโครงการของคุณ
การอ้างอิง
- Schlapbach, L. , & Züttel, A. (2001) ไฮโดรเจน - วัสดุจัดเก็บสำหรับแอปพลิเคชันมือถือ ธรรมชาติ, 414 (6861), 353 - 358
- Züttel, A. (2003) วัสดุสำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจน วัสดุศาสตร์และวิศวกรรม: R: รายงาน, 40 (3 - 6), 67 - 128
- Sandrock, G. (1999) ภาพรวมของวิธีการจัดเก็บไฮโดรเจน วารสารโลหะผสมและสารประกอบ, 293 - 295, 877 - 881