Terwijl onderzoekers werken aan de volgende generatie elektrische voertuigen, ze kunnen met hun hoofd tegen het plafond stoten van wat lithium-ionbatterijen kunnen leveren.

In de tussentijd, een team van onderzoekers van de Universiteit van Michigan stuwt de prestaties van een concurrerende technologie voor elektrische voertuigen - waterstofbrandstofcellen - naar nieuwe hoogten.

Een waterstofbrandstofcel is een emissievrije energiebron die werkt als een kruising tussen een batterij en een gastank. Het maakt gebruik van waterstof als brandstof en maakt gebruik van de reactie tussen waterstof en zuurstof om elektriciteit te produceren. De enige "emissie" is water.

Een beperking van deze technologie is de mogelijkheid om voldoende hoeveelheden waterstof aan boord op te slaan. De UM-onderzoekers hebben manieren gevonden om meer waterstof dan ooit tevoren in kleine opslagstructuren te proppen die metaal-organische raamwerken worden genoemd. verhoging van de energiedichtheid, en, als resultaat, het verwachte rijbereik van een brandstofcelvoertuig.

Metalen organische raamwerken, of MOF's, zijn designermaterialen bestaande uit metaalionen gekoppeld aan organische moleculen. Door hun poreuze aard behoren sommige MOF's tot de meest veelbelovende manieren om waterstof op te slaan.

Onderzoekers uit Michigan verzamelden informatie over alle beschikbare MOF's, die eerder zijn gebouwd en die hypothetisch blijven, in een databank. Computersimulaties met hoge doorvoer werden vervolgens gebruikt om de resulterende databank van bijna 500, 000 MOF's voor degenen met veelbelovende capaciteiten.

Er werden drie kandidaten geïdentificeerd die eerdere records voor waterstofopslag zouden kunnen overtreffen. De onderzoekers synthetiseerden deze materialen vervolgens en demonstreerden hun prestaties.

"We demonstreren meer energiedichte opslag dan eerder werd aangetoond, zei don Siegel, U-M universitair hoofddocent werktuigbouwkunde. "Je zou het kunnen omschrijven als efficiënter - meer energie steken in een kleinere ruimte en in een lichter pakket."

Zoals deze week gepubliceerd in Natuurcommunicatie , de drie MOF's worden SNU-70 genoemd, UMCM-9 en PCN-610/NU-100. Elk overtrof de prestaties van IRMOF-20, een andere MOF geïdentificeerd door het team in 2017.

"Deze materialen vormen een nieuw hoogwatermerk voor bruikbare waterstofcapaciteiten in MOF's, ' stelt de studie.

Waterstofbrandstofcellen zijn al lang een belofte als een emissievrije krachtbron voor elektrische auto's. Zij hebben, echter, op de achterbank gezeten voor lithium-ionbatterijen, die je aantreft in de meeste draagbare elektronische apparaten die tegenwoordig worden geproduceerd - van mobiele telefoons en tablets, digitale camera's en elektrische voertuigen.

Waterstofbrandstofcelsystemen hebben verschillende voordelen ten opzichte van lithium-ionbatterijen. Het meest voorkomende element in het universum, waterstof komt veel vaker voor dan lithium, dus er is weinig kans dat er ooit een leveringsprobleem is.

En een waterstof-brandstofcelauto kan in een paar minuten bij een station worden opgeladen, ongeveer even lang als het vullen van een benzinetank nu. In tegenstelling tot, volledige oplaadtijden voor elektrische voertuigen met lithiumbatterijen worden meestal gemeten in uren.

Er zijn nadelen die de omarming van waterstof door de auto-industrie hebben beperkt, echter. Bijvoorbeeld, het produceren van waterstof is momenteel veel duurder dan het winnen en raffineren van aardolie.

Het transport van waterstofbrandstof is een ander probleem. Als een gas, het is moeilijk om grote hoeveelheden waterstof efficiënt te verplaatsen en op te slaan, roept vragen op of het in vloeibare vorm in semi-vrachtwagens moet worden verplaatst of als gas door pijpleidingen moet worden vervoerd.

Maar de aantrekkingskracht van wat waterstof zou kunnen betekenen voor auto's, en het milieu, heeft grote autofabrikanten zoals Ford gehouden, Hyundai, Toyota, Honda en GM betrokken bij de ontwikkeling ervan.

Ontwerpers van elektrische voertuigen zijn voortdurend op zoek naar manieren om het stroomsysteem van een auto te verkleinen om de efficiëntie te verhogen. Door de hoeveelheid waterstof die in een MOF-adsorbens kan worden opgeslagen te vergroten, Siegel zei, de druk die nodig is om het op te slaan kan worden verminderd. De grootte van de tank kan ook worden verkleind.

"We willen het probleem van energieopslag voor waterstof-brandstofcelvoertuigen elimineren. Dit laat zien dat we in die richting gaan, ' zei Siegel.