纳米细化为氢动力汽车带来福音

材料牛注：Lawrence Livermore的科学家们与Sandia国家实验室等跨学科研究团队对纳米细化的高容量氮化锂（Li₃N）氢存储系统进行了研究。结果表明，纳米界面的存在从根本上改变了吸收和释放氢的路径，从而开发出一个高效的氢存储系统，为氢动力汽车带来了福音。

氢是一种良好的能量载体，但是用于紧凑、低压存储轻质固态材料的开发是一个巨大的挑战。

复杂金属氢化物有望用作储氢材料，但其可行性通常受到缓慢吸氢和释放的限制。纳米细化——在另一种材料例如碳的基质中渗透金属氢化物，在某些情况下可以通过缩短氢的扩散路径或通过改变材料的热力学稳定性来促进该过程。

然而，Livermore-Sandia团队与泰国的Mahidol大学及国家标准技术研究所的研究表明，纳米微细化可能得到另一个更重要的推论。他们发现纳米精细氢化物内部“纳米界面”的存在可以改变材料循环时出现的相。

研究人员综合运用理论和实验技术对纳米细化的高容量氮化锂（Li₃N）氢存储系统进行了研究。结果表明，纳米界面的存在从根本上改变了吸收和释放氢的路径，从而极大地提高性能和可逆性。

LLNL材料科学家，本文的第一作者Brandon Wood说：“关键是要消除不良中间相，因为中间相会降低材料在成形或使用时的性能。如果能实现这一点，存储容量动力学将显著提高，并且从热力学角度来讲实现完全充电的要求也将变得更加合理。在这种材料中，只要纳米细化的颗粒足够小，纳米界面就能实现这一点。这是氢存储的新范例，因为这意味着反应可以通过改变工程内部微观结构而改变。”

利弗莫尔研究人员使用非常规热力学模拟方法，来研究材料氢化和脱氢时固相边界演变的影响。结果表明，消除纳米细化氮化锂的中间相可提高其性能，这是通过光谱确认的。该工作不仅证明了纳米细化氮化锂可作为可再充电的高性能储氢材料，还说明适当考虑固固纳米界面和颗粒微观结构对于理解复杂金属氢化物中的氢诱导相变是必要的。

该研究的另一位LLNL合著者Tae Wook Heo说：“电池电极材料中的储氢反应和固态反应之间有着类似的关系。人们一直在考虑界面在电池中的作用，而我们的工作表明，电池方面的某些策略也可应用于氢的存储。对工程材料而言，改变形态和内部微观结构可能是达到性能目标的最佳方式。”

原文连接：Nanoconfinement Shows Promise for Hydrogen Powered Vehicles。

本文由材料人编辑部丁菲菲提供素材，王冰编译，点我加入材料人编辑部。