Войти
Нано-гальванический порошок на основе алюминия, разработанный США Армейская исследовательская лаборатория наногальванические сплавы на основе алюминия относятся к классу наноструктурированных металлических порошков, которые спонтанно и быстро выделяют газообразный водород при контакте с водой. или любая жидкость, содержащая воду. Этот метод производства водорода примечателен в области исследований в области энергетики из-за его быстродействующей способности эффективно создавать водород при комнатной температуре без необходимости химикаты, катализаторы или внешнее питание.
Когда алюминий контактирует с водой, в результате гидролиза образуется газообразный водород. Однако в то же время вода окисляет алюминий и вызывает быстрое образование тонкого защитного слоя оксида алюминия на поверхности металла, предотвращая дальнейший гидролиз. Чтобы алюминий непрерывно производил газообразный водород, ученым пришлось принудительно удалить или, по крайней мере, разрушить слой оксида алюминия, обычно растворяя его в воде с помощью опасных соединений, таких как соляная кислота, гидроксид натрия или дорогие элементы, такие как галлий / индий. В других методах используется внешняя энергия в виде электрического тока или перегретого пара для медленного ускорения реакции при повышенных температурах. Наногальванический сплав на основе алюминия, материал в виде частиц, изобретенный США. Армейская исследовательская лаборатория (ARL) способна генерировать водород путем гидролиза при комнатной температуре с любой жидкостью, содержащей воду (например, вода, полученная естественным путем, кофе, энергетические напитки, моча и т. Д.), Не полагаясь на какие-либо другие химические вещества, катализаторы., или внешнее питание. Наноструктурированная гальваническая пара с алюминием в качестве анода и другим элементом (например, оловом, висмутом и т. Д.) В качестве катода быстро нарушает формирование слоя естественного оксида и, таким образом, постоянно подвергает свежие алюминиевые поверхности гидролизу.
Наногальванические сплавы на основе алюминия были первоначально обнаружены исследователями Металлического отделения Управления исследований оружия и материалов (WMRD) ARL, когда они тестировали новый наноструктурированный алюминиевый сплав, предназначенный для применения в конструкционных материалах. Во время экспериментов по металлографической полировке для определения микротвердости они заметили, что алюминий исчезает при контакте с водой, и вскоре поняли, что при этом образуется газообразный водород. Затем исследовательская группа решила использовать порошок сплава для использования в энергетике. В июне 2018 года на изобретение был подан патент на лицензирование алюминиевого порошка для промышленности. В 2019 году компания H2 Power, LLC, занимающаяся водородным топливом, первой получила эксклюзивную лицензию на использование наногальванических сплавов на основе алюминия для исследования применения в автомобильной и транспортной энергетике для автомобилей, грузовиков, мотоциклов и других транспортных средств. По состоянию на 2019 год исследователи ARL ищут способы улучшить производство и производственный процесс наногальванических сплавов на основе алюминия.
Наногальванические сплавы на основе алюминия характеризуются размером их гальванической микроструктуры и состоят из частиц с размером меш, равным -325, что эквивалентно диаметру около 50 микрон. Поскольку размер зерен порошков находится в нанометровом масштабе, а размер частиц составляет десятки микрон, как у обычных порошков, обращение с наногальваническими порошками не связано с дополнительными опасностями для здоровья. Побочные продукты реакции порошка с водой нетоксичны и происходят естественным путем. Было также продемонстрировано, что наногальванические сплавы на основе алюминия производят 1000 мл. газообразного водорода на грамм алюминия менее чем за 1 минуту и 1340 мл - 100% от теоретического выхода при 295 К и 1 атм. - за 3 минуты без использования опасных или дорогостоящих материалов или дополнительных процессов. Эти наногальванические структурированные порошки можно изготавливать с помощью высокоэнергетической шаровой мельницы при комнатной температуре или при более низких температурах. Порошки могут быть уплотнены в форме таблеток для облегчения транспортировки, что уменьшит необходимость использования баллонов с высоким давлением или жидким водородом, традиционно используемых для транспортировки. Кроме того, они стабильны в атмосфере при стандартных уровнях температуры, давления и влажности, что обеспечивает удобство хранения.
Одним из основных потенциальных применений наногальванических сплавов на основе алюминия является водород. производство топливных элементов. Из-за их высокой энергоэффективности, нетоксичности и простоты транспортировки порошки сплава также рассматривались как альтернативный источник энергии для батарей (в сочетании с топливными элементами) во время разведки солдат на поле боя. Кроме того, порошок сплава также может быть напечатан на 3D-принтере в саморазрушающихся компонентах дрона, которые могут пополнять запасы водорода дрона, вступая в контакт с водой при низком уровне заряда. Исследователи ARL также обнаружили, что скорость образования водорода увеличивается почти в два раза, когда порошок наногальванического сплава на основе алюминия контактирует с мочой, по сравнению с чистой водой. Из-за этого уникального свойства ученые рассмотрели возможность применения алюминиевого порошка в суровых условиях, где не хватает энергии и воды, например в пустынях или космосе, где моча может быть использована в качестве источника топлива.
