对储氢材料氢化镁的新研究揭示了改善性能的途径

但是，这些车辆是否从利基市场跨越到成为每个车库的支柱可能取决于我们如何能够解决阻碍其广泛使用的挥之不去的技术和基础设施障碍。其中一个是油箱-你如何设计它们以便它们更像汽油箱，相对安全，易于填充，带你数百英里并且可以一次又一次地加油而不会损失性能?

本周，在AIP出版社的应用物理快报杂志上，美国和中国的一个研究小组向该解决方案迈出了一步。他们描述了氢化镁的物理特性，氢化镁是一种可能用于在未来汽车和其他应用中储存氢燃料的材料。该团队使用一种称为原位透射电子显微镜的技术，测试了不同大小的氢化镁纳米粒子，以测量其机械性能，并发现了如何设计纳米粒子以使其更好的经验教训。

“较小的颗粒具有更好的机械性能，包括更好的塑性稳定性，”该论文的第一作者钱宇说。“我们的工作解释了原因。”

Yu隶属于中国杭州的浙江大学;加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室。

这项工作的其他合作者隶属于密歇根大学安娜堡分校;位于密歇根州沃伦的通用汽车研发中心;和中国上海的上海交通大学。

用镁储存氢气的问题

汽车发动机的氢存储仍然是寻求其技术的一种应用。我们知道，下一代氢燃料罐需要提供比现有型号更大的储存容量和更好的气体交换动力学，但我们并不确切知道如何实现这一目标。

一种可能性是使用像氢化镁这样的材料，长期以来被视为一种有前途的储存介质。镁很容易与氢气结合，因此我们的想法是，您可以将一个装满镁的罐子装入氢气中，然后根据需要抽出来运行发动机。

但这种方法受到吸附和解吸的缓慢动力学的阻碍-分子氢与镁结合并从镁中释放的速度。这最终与材料在分子水平上与氢结合的方式有关，因此近年来研究人员一直在寻求更好地设计镁来实现更好的动力学。

以前的工作已经表明，较小的镁纳米粒子具有更好的储氢性能，但没有人理解为什么。一些人认为主要是通过研磨较小的颗粒实现罐内较大的整体镁表面积。但Yu及其同事表明，在加油和排空油箱的循环过程中，颗粒如何对变形做出反应也是非常重要的。

氢气罐中的燃料循环引入巨大的内部压力变化，这会使颗粒变形，破裂或降解它们。较小的颗粒具有更大的塑性稳定性，这意味着它们即使在变形时也能够更好地保持其结构。这意味着较小的，更具塑性的镁纳米颗粒可以更长时间地保持其结构并且在循环后继续保持氢循环。

但事实证明，除了更大的塑性稳定性之外，较小的颗粒还具有较小的“变形各向异性”-衡量镁纳米颗粒如何均匀或不均匀地响应整个罐的量度。Yu说，纳米尺度下的变形各向异性大大减小，因此，较小的镁纳米粒子内部具有更均匀的位错活性，为氢提供更均匀分布的扩散路径。

Yu表示，这表明了制造更好的储氢罐的前进道路，通过专门设计它们来利用更均匀的错位。接下来，他们计划对储氢材料进行类似的研究，因为他们在此过程中进行燃料循环，吸收和解吸氢气。

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