虽然氢燃料电池驱动的轿车供给清晰的优势越来越受欢迎的电动轿车(包含他们的时刻规模,下降整体环境影响,事实上,他们能够在几分钟内加油,和小时的充电时刻),他们与顾客还没有起飞。

其间一个原因是出产、分配和储存为其供给动力所需的纯氢的高本钱和复杂性,这阻止了氢燃料补给站的推行。

工程师们早就认识到氢的能量和无限的可用性,氢是世界中最丰厚的元素。

氢天然存在于环境中,但它简直总是与其他元素发作化学结合——例如,与水中的氧(H2O)或甲烷中的碳(CH4)。

要得到纯氢,有必要从这些分子中别离出来。实际上,美国出产的一切氢都是经过蒸汽重整从碳氢化合物燃料(主要是天然气)中取得的。蒸汽重整是一个多进程的进程,在催化剂的存鄙人,碳氢化合物与高温蒸汽发作反响,生成一氧化碳、二氧化碳和分子氢(H2)。

然后,氢能够经过一个繁琐的、多进程的化学进程从其他气体中别离出来,但运用薄膜进行别离能够下降出产氢的本钱和复杂性。现在正在开发的大部分氢别离膜都运用贵金属钯,钯具有反常高的氢溶解性和浸透性(这意味着氢很简单溶解并穿过金属,而其他气体则被扫除在外)。但钯价格昂贵(现在每盎司价格约为900美元)且易碎。

由于这些原因,化学工程师们一直在寻觅用于氢别离膜的钯的替代品,但到现在为止,还没有适宜的替代品呈现。

许多金属和合金在蒸汽重整体系(大约500摄氏度)的规范操作温度下都是液态的,其间大多数都比钯廉价得多。此外,由液态金属薄膜制成的膜不该简单呈现使钯膜不能运用的缺点和裂纹。液态金属比钯膜好像也更有用别离纯氢气从其他气体。

现在的电动轿车的能量是不可逆转的,继电动轿车之后的下一步是氢燃料轿车——假如氢供给难题得到解决的话。和电池驱动的电动轿车相同,燃料电池轿车也有电动机。当氢和氧在催化剂(仅有的“废物”是水)的效果下结合时,发动机由燃料电池内部发作的电力供给动力。虽然轿车能够从空气中吸收氧气,但有必要带着纯氢。

许多研讨人员致力于经过制作更好更薄的钯膜来下降氢的本钱。钯层变薄能够添加膜的通量,或许纯氢经过膜的速度。可是假如薄膜太薄,它就会变得软弱,或许发作缺点。假如它们呈现细微的裂纹或微孔,就得重新开端。

六年前,达塔和他的学生开端考虑液态金属是否能克服钯的某些约束——尤其是它的本钱和

除了化学亲和,浸透还取决于金属晶体结构的敞开程度。液态金属原子间的空间比固态金属大,所以它们的溶解性和分散性应该更高。

镓是一种在室温下是液态的无毒金属,是一个很好的候选者,由于它在高温下的氢透过率显着高于钯。事实上,试验室研讨和理论建模标明,一些在较高温度下是液态的金属或许比钯具有更好的氢浸透性。

虽然液态镓作为氢别离资料显现出了巨大的潜力,但事实证明,用这种金属制作一种功用薄膜颇具挑战性。事实上,液态金属具有很强的反响性。不能把镓放在多孔金属支架上,由于在更高的温度下,镓会敏捷构成金属间化合物,杀死浸透性。这种金属还会与一些常用作钯膜支撑的陶瓷资料发作反响。经过模仿和试验,包含碳基资料如石墨和碳化硅,与液体镓但不发作化学反响,也可与水混合的液态金属,这意味着金属将打开支架资料上构成薄膜。

意识到液体金属的表面张力在应对改动或许会改动温度和气体的成分他们触摸,或许发作走漏,刺进两层之间的金属支架资料来创立一个夹在液态金属薄膜或SLiMM。在碳化硅层和石墨层之间构建了一层由液体镓组成的薄膜(非常之二毫米),并对其稳定性和氢浸透性进行了测验。

膜被暴露在氢气氛两周在温度从480到550摄氏度。液体镓电影35倍的浸透比一层相似的钯氢,氢的分散经过夹膜是典型的钯膜高出许多。这些膜是选择性的,只允许氢经过。液态金属或许是氢别离膜的适宜候选资料,这些资料或许是长期以来寻觅的钯的替代品。

有许多问题依然需求答复,包含小膜是否能够扩展咱们在试验室构建和膜是否会反抗物质呈现在变革后的气体(包含一氧化碳和硫)已知的毒药钯膜。可是经过展现夹液态金属薄膜的可行性,咱们现已打开了门极有出路的新领域的氢动力研讨,还有许多其他的金属和合金,除了镓,液体在500摄氏度时,它是一个或许运用的资料。