Aluminium is een zeer reactief metaal dat zuurstof uit watermoleculen kan verwijderen om waterstofgas te genereren. Het wijdverbreide gebruik in producten die nat worden, vormt geen gevaar omdat aluminium onmiddellijk reageert met lucht om een ​​coating van aluminiumoxide te krijgen, die verdere reacties blokkeert.

Jarenlang hebben onderzoekers geprobeerd efficiënte en kosteneffectieve manieren te vinden om de reactiviteit van aluminium te gebruiken om schone waterstofbrandstof te genereren. Een nieuwe studie door onderzoekers van UC Santa Cruz toont aan dat een gemakkelijk te produceren composiet van gallium en aluminium aluminium nanodeeltjes creëert die snel reageren met water bij kamertemperatuur om grote hoeveelheden waterstof op te leveren. Het gallium kon na de reactie gemakkelijk worden teruggewonnen voor hergebruik, wat 90% van de waterstof oplevert die theoretisch zou kunnen worden geproduceerd door de reactie van al het aluminium in de composiet.

"We hebben geen energie-input nodig en het borrelt waterstof als een gek. Ik heb nog nooit zoiets gezien", zegt UCSC-professor scheikunde Scott Oliver.

Oliver en Bakthan Singaram, hoogleraar scheikunde en biochemie, zijn corresponderende auteurs van een paper over de nieuwe bevindingen, gepubliceerd op 14 februari in Applied Nano Materials .

De reactie van aluminium en gallium met water is al sinds de jaren zeventig bekend en video's ervan zijn gemakkelijk online te vinden. Het werkt omdat gallium, een vloeistof van net boven kamertemperatuur, de passieve aluminiumoxidecoating verwijdert, waardoor aluminium direct in contact komt met water. De nieuwe studie bevat echter verschillende innovaties en nieuwe bevindingen die kunnen leiden tot praktische toepassingen.

Voor deze technologie is een Amerikaanse octrooiaanvraag in behandeling.

Singaram zei dat het onderzoek voortkwam uit een gesprek dat hij had met een student, co-auteur Isai Lopez, die enkele video's had gezien en begon te experimenteren met de productie van aluminium-galliumwaterstof in zijn eigen keuken.

"Hij deed het niet op een wetenschappelijke manier, dus ik liet hem samen met een afgestudeerde student een systematische studie doen. Ik dacht dat het een goede afstudeerscriptie voor hem zou zijn om de waterstofproductie te meten uit verschillende verhoudingen van gallium en aluminium ', zei Singaram.

Eerdere studies hadden meestal aluminiumrijke mengsels van aluminium en gallium gebruikt, of in sommige gevallen meer complexe legeringen. Maar het laboratorium van Singaram ontdekte dat de waterstofproductie toenam met een galliumrijk composiet. In feite was de snelheid van waterstofproductie zo onverwacht hoog dat de onderzoekers dachten dat er iets fundamenteel anders moest zijn aan deze galliumrijke legering.

Oliver suggereerde dat de vorming van aluminium nanodeeltjes de verhoogde waterstofproductie zou kunnen verklaren, en zijn laboratorium had de apparatuur die nodig was voor de karakterisering van de legering op nanoschaal. Met behulp van scanning elektronenmicroscopie en röntgendiffractie toonden de onderzoekers de vorming van aluminium nanodeeltjes in een 3:1 gallium-aluminium composiet, waarvan ze vonden dat dit de optimale verhouding was voor de productie van waterstof.

In dit galliumrijke composiet dient het gallium zowel om de aluminiumoxidecoating op te lossen als om het aluminium te scheiden in nanodeeltjes. "Het gallium scheidt de nanodeeltjes en zorgt ervoor dat ze niet aggregeren tot grotere deeltjes", zei Singaram. "Mensen hebben moeite gehad om aluminium nanodeeltjes te maken, en hier produceren we ze onder normale atmosferische druk en kamertemperatuur."

Voor het maken van de composiet was niets meer nodig dan eenvoudig handmatig mixen.

"Onze methode gebruikt een kleine hoeveelheid aluminium, wat ervoor zorgt dat het allemaal oplost in het grootste deel van gallium als discrete nanodeeltjes," zei Oliver. "Hierdoor wordt een veel grotere hoeveelheid waterstof gegenereerd, bijna volledig vergeleken met de theoretische waarde op basis van de hoeveelheid aluminium. Het maakt ook de terugwinning van gallium gemakkelijker voor hergebruik."

Het composiet kan worden gemaakt met gemakkelijk beschikbare bronnen van aluminium, inclusief gebruikte folie of blikken, en het composiet kan voor lange tijd worden bewaard door het te bedekken met cyclohexaan om het tegen vocht te beschermen.

Hoewel gallium niet overvloedig is en relatief duur is, kan het meerdere keren worden teruggewonnen en hergebruikt zonder de effectiviteit te verliezen, zei Singaram. Het valt echter nog te bezien of dit proces kan worden opgeschaald om praktisch te zijn voor commerciële waterstofproductie. + Verder verkennen

Onderzoeken hoe waterstof zich gedraagt ​​in aluminiumlegeringen