Gli scienziati del Rensselaer Polytechnic Institute stanno lavorando per ottimizzare un nuovo promettente nanomateriale chiamato nanoblade da utilizzare nello stoccaggio dell'idrogeno. Durante la prova del nuovo materiale, hanno scoperto che può immagazzinare e rilasciare idrogeno in modo estremamente veloce e a basse temperature rispetto a materiali simili. Un altro aspetto importante del nuovo materiale è che è anche ricaricabile. Questi attributi potrebbero renderlo ideale per l'uso nello stoccaggio di idrogeno a bordo per veicoli a idrogeno o celle a combustibile di prossima generazione.

I risultati sulle prestazioni dei nanoblade sono pubblicati nell'edizione di settembre 2011 di L'International Journal of Hydrogen Energy in un articolo intitolato "Ciclo a bassa temperatura di idrogenazione-deidrogenazione di nanolame di Mg decorate con Pd." La ricerca è sponsorizzata dalla National Science Foundation.

Gli scienziati hanno creato le nanolame a base di magnesio per la prima volta nel 2007. A differenza delle nanomolle e dei bastoncini tridimensionali, le nanolame sono asimmetriche. Sono estremamente sottili in una dimensione e larghi in un'altra dimensione, creando superfici molto ampie. Inoltre sono distribuiti con un massimo di un micron tra ogni lama.

Per immagazzinare idrogeno, è necessaria un'ampia superficie con spazio tra le nanostrutture per fornire spazio per l'espansione del materiale man mano che vengono immagazzinati più atomi di idrogeno. La vasta area superficiale e il profilo ultrasottile di ogni nanolama, accoppiato con gli spazi tra ogni lama, potrebbe renderli ideali per questa applicazione, secondo Gwo-Ching Wang, professore di fisica, fisiche applicate, e astronomia a Rensselaer.

Per creare le nanolame, i ricercatori usano la deposizione di vapore ad angolo obliquo. Questa tecnica di fabbricazione costruisce nanostrutture vaporizzando un materiale, in questo caso il magnesio, e consentendo agli atomi vaporizzati di depositarsi su una superficie con un angolo obliquo. Il materiale finito viene quindi decorato con un catalizzatore metallico per intrappolare e immagazzinare l'idrogeno. Per questa ricerca, le nanolame sono state rivestite con palladio.

Nel loro articolo più recente, i ricercatori riferiscono sui loro test sulle prestazioni delle nanolame. Comprendere come il materiale risponde all'idrogeno nel tempo è essenziale per migliorare il materiale per l'uso futuro nei veicoli a idrogeno, secondo il ricercatore post-dottorato e autore principale del nuovo articolo Yu Liu.

"I requisiti del Dipartimento dell'Energia sono molto impegnativi per la tecnologia di stoccaggio dell'idrogeno esistente, in particolare quando si tratta di nuovi materiali di accumulo di energia per lo stoccaggio di idrogeno a bordo, ", ha detto Liu. “Tutti i nuovi materiali devono funzionare a basse temperature, desorbire rapidamente l'idrogeno, essere efficiente in termini di costi, ed essere riciclabile”.

Il loro lavoro con le nanolame si sta già dimostrando promettente in tutte queste aree, secondo Wang e Liu.

Quello che hanno scoperto è che le nanolame hanno iniziato a rilasciare idrogeno a 340 gradi K (circa 67 gradi Celsius). Quando la temperatura è stata leggermente aumentata a 373 K (100 gradi C), l'idrogeno immagazzinato nelle nanolame è stato rilasciato in soli 20 minuti. Molti altri materiali richiedono più del doppio di quella temperatura per funzionare a quella velocità, secondo Liu.

Hanno anche scoperto che le nanolame sono riciclabili. Ciò significa che possono essere ricaricati dopo il rilascio di idrogeno e utilizzati più e più volte. Tale riutilizzabilità è essenziale per le applicazioni pratiche.

Utilizzando una tecnica chiamata diffrazione elettronica ad alta energia di riflessione (RHEED) e desorbimento programmato a temperatura (TPD) - che sono dotati di un sistema integrato di ultraalto vuoto con una combinazione di una cella di reazione ad alta pressione e una camera di deposizione a film sottile - hanno scoperto che le attuali nanolame possono passare attraverso più di 10 cicli di assorbimento e rilascio di idrogeno.

La tecnica RHEED è diversa da altri processi, come la diffrazione dei raggi X, perché monitora la struttura superficiale vicina, fase, e granulometria del materiale al variare. Il monitoraggio dell'evoluzione superficiale del materiale fornisce informazioni su come la struttura si evolve nel tempo.

Usando RHEED, hanno scoperto che nel tempo il catalizzatore diventa avvelenato e il magnesio reagisce con l'ossigeno. Questo provoca ossidazione, che alla fine degrada il materiale causando modifiche sia morfologiche che chimiche al materiale.

Ora lavoreranno per ottimizzare il materiale con diversi catalizzatori e rivestimenti protettivi polimerici per migliorare le prestazioni e aumentare il numero di cicli che il materiale può attraversare senza degradarsi.

“I prossimi passi sono migliorare la riciclabilità, "Ha detto Wang. “Abbiamo trovato la causa principale del degrado del materiale; ora possiamo iniziare a migliorare il materiale”.