包裹在定制聚合物膜中的微米级颗粒

氢被认为是能源转型的重要组成部分：它可以由太阳能或风能产生，因此以环保能源载体的形式储存绿色能源，在夜间和风平浪静期间也能提供能源。氢还可以作为燃料电池汽车和卡车的气候中和燃料，比电池驱动的汽车具有更大的续航里程。然而，用于氢燃料汽车的普通压力气罐仍然过于庞大，其圆柱形难以容纳。因此，专家们正在研究一种替代方案：金属氢化物储存。研磨成细粉的金属化合物可以以惊人的数量结合氢。与相同尺寸的 700 巴压力罐相比，金属氢化物储存单元可储存多达 50% 的氢气，并且由于压力低，形状符合要求。

Helmholtz-Zentrum Hereon 开发了一种特别高效的金属氢化物系统并获得了专利。“在这里，我们将几种氢化物结合在一起，”Hereon 氢技术研究所所长、汉堡赫尔穆特施密特大学教授 Thomas Klassen 说。“这些氢化物相互反应，为氢的排放提供额外的能量。”这降低了放电所需的温度，系统变得更加节能。

氧气防护

但是，这里有两个限制。一方面，不同的氢化物组分在充氢过程中不应该彼此分离太远，因为它们在放电过程中的反应会太迟缓。另一方面，金属氢化物颗粒容易受到表面氧化，阻碍氢气进入。“这两个问题都可以通过在颗粒上涂上聚合物来缓解，”Hereon 膜研究所所长、汉堡大学教授 Volker Abetz 说。“这种聚合物只允许氢气通过，但不允许氧气通过，它可以防止不同金属氢化物的远程分离。”

这种聚合物技巧实际上在实验室中已经有一段时间了。然而，究竟发生了什么，目前还不清楚。通过复杂的成像，Abetz 和 Klassen 团队现在可以可视化充电和放电过程中的变化。最初，专家们制作了极细且薄层的金属氢化物样品。然后他们用特殊的扫描电子显微镜检查了这些样品。这导致了聚合物涂覆的微米级金属氢化物颗粒在充电和放电状态下的高分辨率图像。

很棒的工作

“由于该方法是特定元素的，因此可以将不同的金属氢化物相互区分开来，”Abetz 解释说。测量结果表明，聚合物涂层可作为出色的氧气防护。“此外，我们还可以观察到，聚合物中的封装实际上可以防止不同金属氢化物成分的粗化和偏析，”Klassen 补充道。“经过多次循环，该系统可以快速充放电氢气。因此，聚合物表现出色!”

基于这些新见解，Hereon 专家现在能够系统地优化聚合物涂层金属氢化物。未来的计划包括寻找可用于更有效地涂覆氢化物颗粒的进一步改进和定制的聚合物。在随后的项目框架中，研究人员与汉堡技术大学和汉堡大学的合作伙伴以及一家商业公司合作，希望测试用于固定式储氢系统的聚合物涂层的概念，从而显着提高其耐用性。