Matériaux avancés de stockage de l'hydrogène à base de magnésium et leurs applications
En tant que vecteur énergétique, l'hydrogène présente les avantages majeurs d'une densité énergétique gravimétrique élevée, d'une grande abondance et d'une absence d'émissions, mais son stockage et son transport efficaces restent un goulet d'étranglement pour les applications généralisées de l'énergie de l'hydrogène. Pour résoudre ce problème, différents types de matériaux de stockage de l'hydrogène ont été développés et étudiés avec soin au cours des dernières décennies. Parmi eux, l'hydrure de magnésium (MgH2) a été considéré comme l'un des matériaux de stockage d'hydrogène les plus prometteurs en raison de sa capacité élevée, de son excellente réversibilité, de ses réserves suffisantes de magnésium et de son faible coût. Cependant, les mauvaises propriétés thermodynamiques et cinétiques du MgH2 limitent ses applications pratiques (l'enthalpie de désorption de l'hydrogène est de 74,7 kJ mol-1H2 et la barrière énergétique de désorption est d'environ 160 kJ mol-1H2). L'alliage, la catalyse et la nano-structuration ont été proposés et appliqués pour surmonter les inconvénients susmentionnés. Parmi ces stratégies, l'introduction de catalyseurs peut modifier la configuration électronique locale de Mg/MgH2 et réduire la barrière énergétique pour la dissociation/recombinaison deH2. Les matériaux nanostructurés à base de Mg présentent l'avantage de raccourcir la voie de diffusion et d'augmenter la surface de réaction, ce qui permet d'accélérer considérablement le taux d'absorption et de désorption de l'hydrogène. L'idée de concevoir des matériaux de stockage de l'hydrogène à base de Mg nanostructurés en coquille vise à mettre en synergie les forces des deux méthodes de modification susmentionnées. Grâce à cette stratégie, il est possible de construire et d'optimiser des matériaux avancés à base de Mg avec des nanostructures cœur-coquille, qui sont prometteurs pour des applications mobiles et stationnaires.
Une vision des applications futures des matériaux de stockage de l'hydrogène à base de magnésium nanostructuré en coquille centrale
Jianxin Zou, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, PR China
Une nouvelle étude de l'équipe du professeur Jianxin Zou de l'université Jiao Tong de Shanghai résume les progrès de la recherche dans le domaine des matériaux de stockage de l'hydrogène à base de magnésium nanostructurés en cœur de coquille. Industrial Chemistry & Materials qui se concentre principalement sur les méthodes de préparation, les microstructures, les propriétés et les mécanismes associés. L'objectif est de mettre en évidence les principes de conception et les futures tendances de la recherche sur les matériaux de stockage de l'hydrogène à base de magnésium pour les applications industrielles.
Les matériaux de stockage de l'hydrogène à base de Mg nanostructurés à noyau présentent une excellente cinétique d'absorption et de désorption de l'hydrogène et des performances de cyclage à long terme. En outre, cette structure unique confère aux composites des propriétés uniques, telles que la capacité d'oxydation anti-aérienne, la vitesse d'hydrolyse rapide, etc. Compte tenu de ce qui précède, le groupe de Zou propose une vision brillante de l'utilisation des matériaux de stockage de l'hydrogène à base de Mg nanostructuré en cœur de coquille à l'avenir. L'hydrogène vert respectueux de l'environnement peut être obtenu par électrolyse de l'eau en utilisant de l'électricité produite à partir de sources renouvelables, telles que l'énergie solaire et l'énergie éolienne, et l'hydrogène est réservé dans un réservoir de stockage d'hydrogène solide à base de Mg. Les matériaux nanostructurés à base de Mg peuvent absorber et désorber l'hydrogène à une température relativement basse, ce qui réduit considérablement la consommation d'énergie lors du stockage et de la libération de l'hydrogène. Le système de stockage, qui produit de l'hydrogène par pyrolyse ou hydrolyse, pourrait fournir de l'hydrogène aux piles à combustible pour la production d'électricité, l'alimentation de secours portable à petite échelle, l'utilisation industrielle, etc. Récemment, une remorque de transport et de stockage d'hydrogène solide à base de Mg (MH-100T) équipée de 12 réservoirs de stockage d'hydrogène solide et de 14,4 tonnes de pastilles d'alliage poreux en vrac à base de Mg-Ni a été officiellement dévoilée, ce qui ouvre une nouvelle ère pour le stockage et le transport de l'hydrogène solide. À l'avenir, les matériaux à base de Mg nanostructurés en coquille ayant de meilleures propriétés de sorption de l'hydrogène, telles qu'une température de désorption de l'hydrogène plus basse, une vitesse de sorption plus rapide et une capacité de stockage plus élevée, pourront être utilisés pour améliorer encore les performances des systèmes de stockage de l'hydrogène à base de Mg et élargir leurs domaines d'application dans l'industrie de l'hydrogène.
Les systèmes de stockage d'hydrogène à base de Mg ont attiré beaucoup d'attention pour des applications possibles en tant que vecteurs d'hydrogène en raison de leurs densités de stockage d'hydrogène élevées, de leurs bonnes performances cycliques et de la grande abondance de Mg sur terre. La réduction de la température de désorption de l'hydrogène à un niveau compatible avec la chaleur d'échappement d'une pile à combustible (environ 60-150 oC) est probablement l'objectif le plus important de la recherche sur les matériaux de stockage de l'hydrogène nanostructurés à l'heure actuelle. Cependant, le plus grand défi reste l'incapacité actuelle à contrôler simultanément la cinétique, la thermodynamique et les performances cycliques d'une manière simple et efficace. De nombreuses études expérimentales et théoriques ont montré les relations entre les structures cœur-coquille et l'amélioration des propriétés de sorption de l'hydrogène du Mg/MgH2. Il est particulièrement important de trouver les paramètres de traitement et les itinéraires techniques optimaux pour synthétiser des nanoparticules de Mg/MgH2 à noyau-enveloppe avancé, de plus petite taille et dotées de meilleures enveloppes catalytiques, afin d'améliorer leurs propriétés de stockage de l'hydrogène et d'équilibrer les avantages et les coûts afin de répondre aux exigences des applications industrielles. En outre, de nouveaux principes de conception pour différents matériaux de stockage d'hydrogène nanostructurés spécifiques doivent être développés à l'avenir, par exemple, le contrôle précis de l'effet catalytique dans le réseau Mg/MgH2 au niveau atomique, la composition et l'optimisation structurelle en utilisant la méthodologie de l'ingénierie du génome des matériaux, etc.
"Dans cette revue, nous souhaitons fournir aux lecteurs les dernières recherches et développements sur les matériaux de stockage d'hydrogène avancés à base de Mg et leurs perspectives d'avenir dans le domaine de l'énergie hydrogène", a déclaré M. Zou.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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