مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

نانو چيست:

کلمه نانو از واژه nanous گرفته شده است که در زبان يوناني به معناي ريز بوده و در اصطلاح فن‌آوري نانو به معني شيوه به کارگيري ريز ساختارها به عنوان سنگ بناي ساختارهاي بزرگ مقياس- که هر چند در ساختار بزرگ محسوس نيستند اما تمام ويژگي هاي بزرگ ساختار را تحت کنترل قرار مي دهند- مي باشد.

کربن به دلايل زيادي قابل توجه است، اشکال مختلف آن شامل يکي از نرم ترين مواد، گرافيت، و يکي از سخت ترين مواد، الماس، شناخته شده توسط انسان مي باشد. افزون بر اين، کربن ميل زيادي به پيوند با اتم هاي کوچک ديگر از جمله اتم هاي ديگر کربن داشته و اندازه بسيار کوچک آن امکان پيوندهاي متعدد را بوجود مي آورد،‌ اين خصوصيت باعث شکل گيري ده ميليون ترکيبات کربني شده است.

نانو تکنولوژي چيست:

به بيان ساده علم نانو مطالعه اصول اوليه مولکول ها و ساختارهاي با ابعاد بين 1 تا 100 نانومتر است. اين ساختارها را نانوساختار مي ناميم. نانوتکنولوژي، کاربرد اين ساختارها در دستگاههاي با اندازه نانومتري است. تعريف ديگري که مي توان از نانو تکنولوژي ارائه نمود اين است که نانو تکنولوژي شکل جديدي از ساخت مواد به وسيله کنترل و دستکاري واحدهاي ساختماني آنها در مقياس نانو مي باشد.

مي توان گفت نانو تکنولوژي توليد کارآمد مواد و دستگاه ها و سيستم ها با کنترل ماده در مقياس طولي نانومترو بهره برداري از خواص و پديده هاي نوظهوري است که در مقياس نانو توسعه يافته اند. يکي از ويژگي‌هاي مهم نانوتکنولوژي جنبه چند رشته اي آن است. مفهوم چند رشته اي در نانو تکنولوژي بدان معناست که نيروي کاري نانو تکنولوژي بايد داراي بينش وسيعي از مفاهيم زيست شناسي، فيزيکي، شيمي، اصول مهندسي، طراحي، کنترل فرايند و محصولات باشد.

براي درک مفاهيم پايه اي و تدوين قوانين در مقياس نانو تقريباً به تمامي علوم نياز است. به عنوان مثال، در علم زيست شناسي به دو دليل مورد نياز است:

اول آنکه محصولات نانو تکنولوژي، به شدت از سيستم هاي زيستي تبعيت مي کنند؛ و دوم اين که محصولات نانو کاربردهاي چشمگيري در زيست پزشکي دارند. در علم فيزيک مورد نياز است، زيرا دنياي نانو دنياي موج، تونل زني کوانتومي و کشت نيروهاي اتمي ناشناخته است. در علم شيمي مورد نياز است، زيرا روشهاي پيوند مولکول ها با همديگر و چگونگي ترکيب مواد را به ما مي آموزد.

اصل چند رشته اي بودن نانو تکنولوژي بيانگر اين حقيقت است که اين علم، رشته جديدي نيست بلکه رويکردي جديد در تمام رشته هاست و تمام عرصه هاي مختلف علم و فناوري را در بر مي گيرد. به طور خلاصه مي توان فناوري نانو را در سه مورد زير بيان کرد:

1- توسعه فناوري و تحقيقات در سطوح اتمي، مولکولي و يا ماکرومولکولي در مقياس اندازه 1 تا 100 نانومتر

2- خلق و استفاده از ساختارها و ابزارها و سيستمهايي که به خاطر اندازه کوچک يا حد ميانه، آنها، خواص و عملکرد نويني دارند.

3- توانايي کنترل يا دستکاري در سطوح اتمي.

چرا نانو تکنولوژي؟ :

شايد اين سوال در ذهن پديد آيد که چه چيزي در مقياس نانومتري وجود دارد که يک تکنولوژي بر پايه آن بنا نهاده شده است. آنچه باعث ظهور نانو تکنولوژي شده نسبت به سطح به حجم بالاي نانو مواد است اين موضوع يکي از مهمترين خصوصيات مواد توليد شده در مقياس نانو (نانو مواد يا مواد نانو) است. در مقياس نانو اشيا شروع به تغيير رفتار مي کنند و رفتار سطوح بر رفتار توده اي ماده غلبه مي کند.

در اين مقياس برخي روابط فيزيکي که براي مواد معمولي کاربرد دارند نقض مي شوند، براي مثال يک سيستم يا اجزاي يک مدار در مقياس نانو لزوماً از قانون امم پيروي نمي کنند. در حقيقت در اين مقياس، ظرفيت بار و حتي رنگ مواد، بدون تغيير در ترکيب شيميايي ماده وجود خواهد داشت.

نانو لوله هاي کربني:

کربن در طبيعت ساختارهاي مختلفي دارد. تاکنون چهار شکل گوناگون از کربن شناخته شده است. غير متبلور (آمورف)، گرافيت، الماس، فولرين. کربن در نوع غير بلورين آن اساساً گرافيت است اما به صورت ساختارهاي بزرگ بلورين وجود ندارد. اين شکل کربن بيشتر به صورت پودر است که بخش اصلي موادي مثل ذغال چوب و سياهي چراغ (دوده) را تشکيل مي دهد.

در فشار معمولي کربن به شکل گرافيت در مي آيد که در آن هر اتم با سه اتم ديگر به صورت حلقه هاي شش وجهي بهم متصل شده اند. هر دو گونه شناخته شده از گرافيت، آلفا (شش ضلعي)، بتا (منشور شش وجهي که سطوح آن لوزي است) خصوصيات فيزيکي همانند دارند و تنها تفاوت آنها در ساختار بلوريشان مي باشد.

در فشارهاي خيلي بالا، آلوتروپ کربن به صورت الماس در مي آيد که در آن هر اتم با چهار اتم ديگر پيوند دارد و الماس ساختاري مکعبي همانند سيليکون و ژرمانيوم دارد.

انواع نانو لوله هاي کربني

نانو لوله هاي کربني به دو دسته کلي وجود دارند.

1- نانو لوله هاي تک جداره (SWNTs):

نانو لوله هاي تک جداره را مي توان به صورت ورقه هاي بلند گرافيت در نظر گرفت که به شکل استوانه پيچيده شده اند. نسبت طول به قطر نانو لوله ها در حدود 1000 بوده و مي توان آنها را به عنوان ساختارهاي تقريباً يک بعدي در نظر گرفت.

نانو لوله ها تماماً از پيوند ³ SPتشکيل شده اند، مشابه گرافيت. اين ساختار پيوند، از پيوند ³ SPکه در الماس وجود دارد قوي تر است، و استحکام منحصر به فردي به اين مولکولها مي دهد. نانو لوله ها معمولاً تحت نيروهاي واندروالس به شکل ريسمان بهم مي چسبند. تحت فشار زياد، نانو لوله ها مي توانند با هم ممزوج و متصل شوند و اين امکان به وجود مي آيد که بتوان سيم هاي به طول نامحدود و بسيار مستحکمي را توليد کرد يک نانو لوله تک ديواره از دو قسمت بدنه و درپوش با خواص متفاوت فيزيکي و شيميايي تشکيل شده است. ساختار درپوش، نشأت گرفته و مشابه يک فلورين کوچکتر همچون 60 C مي باشد.

اتم هاي کربني که به شکل پنج و شش ضلعي در کنار يکديگر قرار گرفته اند، ساختار درپوش را مي سازند. قسمت ديگر تشکيل دهنده ساختار SWNTs بدنه استوانه اي شکل آن مي باشد که از يک صفحه گرافيتي با اندازه معلوم در جهت مشخصي پيچيده شده بدست مي آيد. از آنجائيکه مي بايستي حاصل، يک تقارن استوانه‌اي باشد براي بدست آوردن يک استوانه بسته فقط مي توان صفحات را در جهات خاصي پيچاند.

بيشتر SWNTs قطري نزديک به nm 1 دارند و طول آنها چندين هزار برابر بزرگتر از قطر آنها است. SWNTs با طول چند سانتي متر هم ساخته شده است. طرز پيچيدن صفحه گرافين توسط يک جفت شاخص (n,m) که آن را بردار چيرال مي نامند، بيان مي گردد. اعداد صحيح n و m مشخص کننده مولفه هاي بردار پايه در راستاي دو جهت شبکه شش گوش لانه زنبوري گرافين مي باشند. اگر m صفر باشد نانو لوله زيگزاگ ناميده مي شود. اگر n و m برابر باشند آن را آرميچر مي نامند. در غير اين صورت به آن «چيرال» مي گويند.

2- نانو لوله هاي کربني چند جداره (MWNTs):

نانو لوله هاي کربني چند ديواره از چند استوانه کربني هم محور تو در تو ايجاد مي شوند. نانو لوله هاي چند ديواره به صورت دسته اي از نانو لوله هاي هم مرکز با قطرهاي متفاوت در نظر گرفت. طول و قطر اين ساختارها در مقايسه با نانو لوله هاي تک ديواره بسيار متفاوت بوده که در نتيجه، خواص آنها نيز بسيار متفاوت مي باشد.

خواص نانو لوله ها:

نانو لوله هاي کربني به علت خواص منحصر به فردي که دارند، هميشه به عنوان يک ماده شگفت انگيز توسط دانشمندان توصيف شده اند. در اين قسمت به خواص ويژه نانو لوله ها اشاره مي کنيم.

1- واکنش پذيري شيميايي:

به دليل وجود انحنا و قوصي شکل بودن سطح CNT ، آنها از واکنش پذيري بهتري در مقايسه با يک صفحه گرافني برخوردارند واکنش پذيري نانو لوله هاي کربني مستقيماً به، بهم ريختن توازن اوربيتال پي [1] آنها که در اثر انحناي سطحي ايجاد مي شود بستگي دارد.

بنابراين مي بايستي بين جداره و درپوش يک نانو لوله تمايز قائل شد. به همين دليل نانو لوله هاي با قطر کمتر، از واکنش پذيري بيشتري برخوردارند. تعديل شيميايي پيوندهاي کووالانسي در جداره و يا درپوش نيز امکان پذير مي باشد.

به عنوان مثال، قابليت حل پذيري نانو لوله هاي کربني در حلال هاي مختلف را مي توان به اين ترتيب کنترل کرد.

2- استحکام:

نانو لوله هاي کربني يکي از محکم ترين موادي هستند که تا حال براي انسان شناخته شده است. هم از بعد مقاومت کششي و هم از بعد ضريب کشساني. اين استحکام برگرفته از پيوندهاي کووالانسي ² SP بين اتم هاي کربن مي باشد. ضريب يانگ نانو لوله هاي کربني در راستاي محورشان بسيار زياد است. نانو لوله ها در کل به خاطر طول بسيار زيادشان از قابليت انعطاف پذيري بالايي برخوردارند. در نتيجه اين ترکيبات براي کاربرد در مواد مرکبي که به خواص ناهمگون نياز دارند بسيار مناسب هستند.

3- خواص الکتريکي:

به دليل تقارن و ساختار منحصر به فرد گرافين، خواص الکتريکي نانو لوله به شدت تحت تأثير ساختار نانو لوله است. بسته به بردار چيرال شان، نانو لوله هاي کربني با يک قطر کم مي توانند نيمه هادي و يا فلزي باشند. تفاوت در هدايت الکتريکي به دليل ساختمان مولکولي آنها مي باشد که ساختار باند انرژي متفاوت و در نتيجه شکاف باند متفاوتي را نتيجه مي دهد.

تفاوت در هدايت الکتريکي را به سادگي مي توان از خواص صفحات گرافيني استخراج نمود.

4- خواص حرارتي:

تمامي نانو لوله ها هدايت گرمايي خوبي در راستاي طول شان دارند درحالي که در راستاي عرض لوله،‌ عايق حرارت هستند و به اين ترتيب مي توانند گرما را از مسيرهاي هدايت شده انتقال دهند.

5- فعاليت اپتيکي:

بر طبق مطالعات تئوري، اگر طول نانو لوله هاي کايرال افزايش يابد، فعاليت اپتيکي آنها از بين مي رود. بنابراين بسيار محتمل است که ساير ويژگي هاي فيزيکي آنها نيز توسط اين پارامتر تحت تأثير قرار گيرند. از اين خاصيت در ساخت ادوات اپتيکي که نانو لوله هاي کربني در آنها نقش مهمي ايفا مي کنند استفاده مي شود.

سنتز نانو لوله هاي کربني:

نانو لوله هاي کربني، به طور کلي به سه روش توليد مي شوند. تخليه قوس الکتريکي، تبخير يا سايش ليزري و رسوب گذاري بخار شيميايي (CVD)

- تخليه قوس الکتريکي:

روش تخليه قوس الکتريکي کربن، که در ابتدا براي توليد نوسرين هاي ₆₀ c به کار مي رفت رايج ترين و شايد ساده ترين روش براي توليد نانو لوله هاي کربني مي باشد. با اين حال اين تکنيکي است که در آن مخلوطي از نانو لوله ها و ناخالصي ها توليد مي شوند که جداسازي (تخليص) نانو لوله ها از دوده و فلزات کاتاليزري موجود در محصول خام امري ضروري مي باشد. براي توليد نانو لوله هاي تک ديواره و چند ديواره دو روش مجزا به کمک تخليه الکتريکي در گاز گزارش شده است.

- روش تبخير ليزري:

در اين روش يک ليزر پالسي يا ليزر پيوسته براي تبخير ماده هدف گرافيتي در يک کوره در دماي c ْ 1200 به کار مي رود. تفاوت اصلي بين ليزر پيوسته و پالسي اين است که ليزر پالسي نيازمند شدت نور بيشتري است که در روش مزبور کوره نيز به منظور حفظ فشار در 500 تور و در اتمسفر هليوم و آرگون به کار گرفته مي شود.

- روش رسوب گذاري بخار شيميايي (CVD) :

اصل اساسي در توليد نانو لوله ها به روش رسوب گذاري بخار شيميايي قرار دادن يک منبع کربني در فاز گازي و استفاده از يک منبع انرژي نظير پلاسما يا فيلامان حلقه اي (به روش مقاومتي) براي انتقال انرژي به يک مولکول کربن گازي است. توليد نانو لوله هاي کربني با اين روش ضرورتاً يک فرايند دو مرحله اي بوده که شامل مرحله تهيه کاتاليزور و مرحله اصلي توليد نانو لوله است.

کاربردهاي نانو لوله هاي کربني:

در سالهاي اخير روشهاي رشد نانو لوله هاي کربني بهبود يافته، به گونه اي که نانو لوله هاي خالصي تهيه و سنتز مي شوند که خواص آنها قابل پيش بيني است و مي توان براي کاربردهاي خاص، نانو لوله هايي با خواص مورد نياز توليد کرد.

- ذخيره سازي انرژي:

به طور کلي کاربرد گرافيت، مواد و الکترودهاي از جنس فيبر کربني، درپيل هاي سوختي، باتري ها و ديگر مواد الکتروشيميايي، در توان آنها در ذخيره سازي گازها مي باشد. ابعاد کوچک، توپولوژي يکنواخت ويژه سطح از جمله مزاياي نانو لوله ها براي ذخيره سازي انرژي است. مزيت اساسي در باتري ها، سرعت انتقال الکترون در الکترودهاي کربني است که تعيين کننده راندمان عمل پيل هاي سوختي مي باشد. اين سرعت در نانو لوله هايي که از رفتار فرن اشتاين ايده آل پيروي مي کنند، بالاترين مقدار ممکن مي باشد.

- ذخيره سازي هيدروژن:

مزيت هيدروژن، به عنوان منبع انرژي محصول سوختن آن، يعني آب است به ويژه اينکه هيدروژن را مي توان از طريق بازيافت توليد کرد. بنابراين ضرورت وجود يک سيستم مناسب ذخيره کننده هيدروژن به منظور کاهش محدوديتهاي حجمي و وزني روشن مي شود.

دو روش معمول براي ذخيره هيدروژن،‌ جذب آن از فاز گازي و جذب به طريقه الکترو شيميايي مي باشد. پيش بيني شده است که نانو لوله ها بخاطر دارا بودن ساختاري استوانه اي و توخالي با قطرهايي در ابعاد نانو (که منجر به اثر مويينگي در نانو لوله مي شود) قادرند که مايعات يا گازهايي را در فضاي دروني خود ذخيره کنند.

روش ديگر ذخيره کردن هيدروژن، ذخيره سازي به طريقه الکترو شيميايي است، در اين روش بجاي استفاده از هيدروژن در شکل مولکولي از هيدروژن اتمي استفاده مي شود که در اين روش جذب شيميايي خواهيم داشت دو روش معمول براي جاي دادن بازگشت پذير اتم هاي هيدروژن در نانو لوله هاي کربني به شرح زير وجود دارد:

1- ذخيره سازي لايه اي از فاز گازي است.

2- ذخيره بر يک فرايند شارژ- تخليه الکترو شيميايي مبتني است که در آن جذب هيدروژن به وسيله پتانسيل کنترل مي گردد.

براساس بررسي هاي صورت گرفته، ميزان ظرفيت ذخيره هيدروژن در نمونه نانو لوله کربني به وسيله محاسبه گالوانو استاتيک الکترو شيميايي در يک الکتروليت KoH شش مولار گزارش شده است. به طور کلي دستگاه مزبور داراي سه الکترود است.

يک الکترودکار (داراي ولتاژ منفي) که اغلب از ترکيبي از طلا يا نيکل به علاوه ماده نانو لوله (به صورت پولک) ساخته شده است، يک الکترود مرجع (Hg/Hgo/oH) و يک الکترود شمارنده که معمولاً از جنس نيکل مي باشد.(شکل دارد ص 98)

آب موجود در الکتروليت در طي فرايند شارژ در مجاورت الکترودکار تجزيه شده و بلافاصله هيدروژن اتمي حاصل از تجزيه جذب الکترودکار شده و يا در سطح الکترود با هيدروژن مولکولي باز ترکيب شده و به سمت الکترود نفوذ مي کند و يا باعث تشکيل جباب هايي در سطح الکترود مي شود.

در طي فرايند تخليه، به منظور تشکيل مولکول هاي آب،هيدروژن موجوددرمجاورت الکترودبايون هاي^–oH موجود در الکتروليت باز ترکيب مي شوند. بنابراين مقدار هيدروژن آزاد شده از الکترود را مي توان به وسيله محاسبه بار الکتريکي اندازه گيري نمود که اين مقدار در دستگاه گالوانو استاتيک برابر حاصل ضرب جريان در زمان مي باشد. معادله ساده زير بيانگر واکنش در الکترودکار مي باشد.

؟

اما واکنش در الکترود شمارنده در مورد يک الکترود از جنس نيکل به قرار زير است:

؟

در هنگام محاسبه مقدار هيدروژن در يک نمونه نانو لوله کربني که به طور الکترو شيميايي ذخيره گرديده، ظرفيت يک دو لايه اي نيز تخمين زده شده است. البته بايد اين اثر را هنگامي که نتايج تجربي محاسبات ظرفيتي مد نظر مي باشند به حساب آورد. روشهاي محاسبه ظرفيت عبارتند از:

محاسبات تخليه- شارژ، ولتامتري دوره اي، محاسبات جريان ثابت، محاسبات امپدانس الکترو شيمايي و محاسبات جريان سنجي کرونومتري

 

-ذخيره ليتيوم به طريقه لايه اي:

اساس کار باتري هاي قابل شارژ ليتيومي بر ذخيره و تخليه الکترو شيميايي ليتيوم در الکترودها استوار است. يک باتري ايده آل، ظرفيت انرژي بالا، زمان شارژ کم و عمر مصرف طولاني دارد که ظرفيت، با ميزان غلظت اشباع ليتيوم در مواد الکترود، تعيين مي شود.

براي عنصر ليتيوم اين ميزان غلظت براي نانو لوله ها بيشترين مقدار است زيرا همه جايگاه هاي لايه اي (کانال‌هاي درون لوله و هسته هاي دروني) براي جذب لايه اي از موقعيتي مناسب برخوردارند نانو لوله هاي تک ديواره قابليت تبديل به خازنهاي بازگشت پذير و بازگشت ناپذير را نشان داده اند، اما به دليل بالا بودن پسماند ولتاژ در آنها، هنوز جذب ليتيوم در نانو لوله براي مصارف باتري ها، نامناسب است.

اين پسماند ولتاژ را مي توان به طور بالقوه به وسيله فرايندهايي نظير برش نانو لوله و تبديل آن به قسمت هاي کوتاه، کاهش داده يا حذف نمود.

مشخصه يابي نانو لوله هاي کربني:

شيوه ساخت و تصفيه نانو لوله به منظور ساخت نانو لوله هايي که داراي ساختارهايي کاملاً مشابه باشند، تاکنون موفقيت آميز نبوده است خواص منحصر به فرد نانو لوله ها شديداً وابسته به ترکيب شيميايي، اندازه ذرات، ساختار سطحي و برهم کنش بين ذرات تشکيل دهنده آنهاست.

بنابراين مشخصه يابي اين خواص در توسعه و کاربردي کردن نانو لوله ها بسيار مهم هستند. از طرف ديگر اندازه گيري خواص و مشخصه يابي نانو لوله ها نيازمند روشهاي توسعه يافته است چرا که اندازه اين مواد کوچک است.

براي بررسي تنها يک نانو لوله کربني، بايستي نانو لوله هاي متفاوت را بخوبي در نمونه از يکديگر جدا نمود، چرا که وجود نانو لوله هاي گوناگون بر خواص فيزيکي يکديگر تاثيرگذار مي باشد. براي جدا کردن نانو لوله‌هاي تک ديواره شيوه معيني وجود ندارد، زيرا در اين مواد ميل تشکيل دادن دسته هاي مرکب بسيار زياد مي باشد.

روشهاي مختلفي براي مطالعه خواص ساختاري و فيزيکي نانو لوله هاي کربني وجود دارد. روش ميکروسکوپ الکتروني که شامل ميکروسکوپ الکتروني عبوري[2] و ميکروسکوپ الکتروني روبشي[3] است= از تکنيک هاي قدرمند مطالعه ساختار مي باشد.

پراکندگي اشعه x [4] وسيله اندازه گيري هاي دقيق کريستال شناسي را فراهم مي کند. آناليزهاي ميکروسکوپ تونلي روبشي[5] و ميکروسکوپ نيروي اتمي[6] اطلاعات توپولوژيک با دقت اتمي به ما مي دهد.

MFM [7] براي مشخص کردن پراکندگي نانو لوله ها در ماتريسهاي پليمري استفاده مي شود.

مشخصه يابي به وسيله پراش پرتوايکس (XRD):

پراش پرتو ايکس يا (XRD) به منظور آناليز فازي و بررسي اندازه دانه ها و ذرات نانو مواد استفاده مي شود. اين کار از طريق پردازش و آناليز پرتوايکس بازگشتي از سطح نمونه امکان پذير است. وقتي پرتو تک فام ايکس به يک نمونه برخورد مي کند مقداري از آن جذب نمونه شده و مقداري بازگشت داده مي شود.

بازگشت پرتو ايکس از صفحات مختلف کريستالي با توجه به معادله براگ( (n?=2dsin صورت مي‌گيرد. که اينجاn عدد صحيح، طول موج پرتو ايکس ، d فاصله بين صفحات کريستالي و زاويه برخورد پرتو ايکس به نمونه است.

براي يک نمونه پلي کريستال،‌ نمودار حاصل از پردازش پرتو ايکس شامل يک سري از پيک هايي است که با توجه به شدت و موقعيت اين پيک ها مي توان نمونه را آناليز کرد. اين پيک ها در واقع همان پرتوهايي هستند که از قانون براگ تبعيت کرده و از نمونه بازگشت شده اند. الگوي دريافتني پراش پرتو ايکس براي نانو مواد با اندازه يا ذره کمتر از 100 نانومتر، گستردگي محسوسي را در خطوط پراش ايکس از خود نشان مي دهند. به عبارت ديگر سطح زير منحني پيک هايي حاصل از پراش پرتو ايکس نانو مواد نسبت به مواد معمولي، مقدار بزرگتري دارد.

 

فصل دوم- قسمت دوم

ذخيره سازي هيدروژن

 

مقدمه:

هيدروژن درست مانند گاز طبيعي،‌ توسط خطوط لوله مي تواند انتقال داده شود. هنوز هم شبکه هاي انتقال گاز هيدروژن وجود دارند. يک شبکه 1500 کيلومتري در اروپا و يک شبکه 720 کيلومتري در آمريکا، قديمي ترين شبکه انتقال هيدروژن در آلمان بوده و بيش از 50 سال قدمت دارد.

براي اين سيستم انتقال، لوله هايي با قطر حدود cm 30-25 استفاده مي شد که در فشار bar 20-10 کار مي‌کردند. چگالي حجمي انرژي گاز هيدروژن 36% چگالي حجمي انرژي گاز طبيعي در فشار يکسان است. به طوري که در انتقال مقدار معيني انرژي شارش هيدروژن 8/2 برابر بيشتر از شارش گاز طبيعي است هر چند چسبندگي و ناروايي هيدروژن به طور قابل ملاحظه اي کمتر از گاز طبيعي است.

کمترين مقدار تواني که براي پمپ کردن يک گاز در لوله نياز است عبارتست از ؟ که در آن L طول لوله، V سرعت و ؟ چسبندگي ديناميکي گاز است.

بنابراين توان انتقالي در واحد انرژي براي هيدروژن در مقايسه با گاز طبيعي 2/2 برابر بيشتر است کل انرژي هدر رفته در طول انتقال هيدروژن در حدود 4% گنجايش انرژي است.

به دليل طول زياد و لذا حجم زياد سيستم لوله، يک تغيير کوچک در فشار عملياتي خطوط لوله سبب تغيير زيادي در مقدار گاز موجود در خطوط لوله مي شود. بنابراين خطوط لوله، در نوسانات عرضه و تقاضا، بدون هيچ هزينه ذخيره اي مي توانند بکار روند.

همه ايزوتوپهاي هيدروژن با هم واکنش مي کنند و به صورت مولکولهاي کووالانسي H ₂ ، ₂ D ، ₂ T در مي‌آيند.

هيدروژن رفتار دو گانه زيادي با عناصر ديگر دارد، مي تواند به صورت آنيون يا کاتيون در ترکيبات يوني ظاهر شود و مي تواند در الکترون خود با ديگر عناصر، به عنوان مثال با کربن، شريک شود و پيوندهاي کووالانسي تشکيل دهد و يا مي تواند در دماي محيط مانند يک فلز رفتار کند. مولکول هيدروژن بسته به دما و فشار محيطي که در آن است، به حالتهاي مختلفي مي تواند باشد.

هيدروژن در دماي c ْ262- به صورت جامد يا چگالي ^3- m . kg 6/70 و در دماهاي بالاتر به صورت گاز با چگالي ^3- lgm 089886/0 (در دماي c ْ 0 و فشار lbar ) ديده مي شود. در محدوده کوچکي بين نقطه سه گانه و نقطه بحراني مي توان هيدروژن مايع داشت، که در دماي c ْ253- چگالي ^3- kym 8/70 را دارا است. در دماي محيط (k 298) هيدروژن به صورت گاز است و از معادله واندروالس پيروي مي کند.

در اين معادله p فشار گاز، v حجم، T دماي مطلق، n تعداد مولها، R ثابت گازها، a ثابت برهمکنش دو قطبي و b حجم اشغال شده توسط اتم هيدروژن است.

ذخيره سازي هيدروژن در جهت کاهش دادن حجم عظيم اين گاز براي انتقال است. kg 1 گاز هيدروژن در دما و فشار معمولي حجمي در حدود ³ m 11 اشغال مي کند. براي افزايش چگالي گاز هيدروژن (براي فشرده کردن آن) در سيستمهاي ذخيره سازي يا بايد کار انجام شود، يا دما تا زير نقطه بحراني کاهش داده شود و يا دافعه بين مولکولي با برهمکنش هيدروژن با يک عنصر ديگر کاهش داده شود.

يکي ديگر از معيارهاي سيستمهاي ذخيره سازي هيدروژن، بازگشت پذير هيدروژن ذخيره شده در آنها است. اين معيار کليه ترکيبات هيدروکربني را به دليل اينکه هيدروژن با حرارت دادن تا دماي cْ 800 و يا با اکسيد کردن کربن از اين مواد آزاد مي شود، از سيستمهاي ذخيره سازي هيدروژن حذف مي کند شش روش کلي براي ذخيره سازي هيدروژن با حجم بالا و چگالي زياد وجود دارد که به شرح اين روشها مي پردازيم.

1- سليندرهاي گاز فشار بالا composite cylisd

از عمومي ترين سيستمهاي ذخيره سازي هيدروژن، مي توان به ذخيره کردن آن تحت فشار زياد در (حدود mpa 20) در سليندرهاي مخصوص اشاره کرد. سيلندرهايي که از کامپوزيتهاي جديد کم وزن ساخته شده‌اند، توانايي تحمل فشار در حدود mpa 80 را دارند و لذا هيدروژن در اين سيلندرها مي تواند تا چگالي ^3- ky.m 36 فشرده شود.

سيلندرهاي فشار بالا امروزه از استيلهاي سخت شده، مس يا آلومينيوم، که در برابر اثر هيدروژن در دماي محيط مقاوم شده است، ساخته مي شوند. ايمني سيلندرهاي فشرده کننده گاز يکي از نگراني ها در جوامع مردم است. هدفي که صنعت براي خود در نظر دارد سيلندرهايي با mpa 70 فشار و وزن ky 110 است که چگالي ثقلي ذخيره + 5%6 و چگالي حجمي ذخيره سازي ^3- kt.m 30 را داشته باشد.

هيدروژن با استفاده از کمپرسورهاي مکانيکي پيستوني استاندارد فشرده مي شود. آب بندي کردن و درزگيري گاهي اوقات براي اصلاح ضريب پخش هيدروژن بيشتر، نياز است. از جمله عمده ترين اشکالات روش ساده ذخيره سازي با فشار بالا (در مقياس آزمايشگاهي) مي توان به چگالي نسبتاً کم هيدروژن و فشار بالاي گاز در سيستمها، اشاره نمود.

2- هيدروژن مايع Liguid Hydragen

هيدروژن مايع در تانکهاي برودتي در دماي k 2/21 و فشار محيط ذخيره مي شود. با توجه به دماي بحراني پايين k 33 هيدروژن مايع فقط در سيستمهاي باز ذخيره مي شود، به دليل اينکه بالاي دماي بحراني هيچ گونه فاز مايعي موجود نيست. فشار در سيستمهاي ذخيره سازي بسته در دماي اتاق تا اندازه bar ⁴ 10 مي تواند افزايش داده شود.

چگالي حجمي هيدروژن مايع ^3- kgm 8/70 است و مقدار کمي بيشتر از نوع جامد آن است (^3- kgm 6/70) چالشهاي ذخيره سازي هيدروژن مايع، فرايند گدازش موثر انرژي و عايق کاري حرارتي ظرف برودتي ذخيره براي کاهش جوشش (bas/-off) هيدروژن است. ساده ترين سيکل مايع سازي، سيکل ژول- تامسون[8] است در ابتدا، گاز فشرده شده و پيش از اينکه از شيوکفترل عبور کند، جاييکه دستخوش انبساط ژول – تامسون مي‌گردد، سرد گرديد. و برخي از آن به مايع تبديل مي گردد.

گاز سرد شده از مايع جدا شده و از طريق مبدل حرارتي به کمپرسور برگردانده مي شود. سيکل ژول-تامسون براي گازهايي مثل نيتروژن با دماي وارونگي [9] بالاي دماي اتاق کار مي کند. هر چند هيدروژن به واسطه انبساط در دماي اتاق گرم خواهد شد. به منظور خنک نمودن هيدروژن در اين شرايط، بايستي دماي آن پايين تر از دماي تبديل k 202 آورده شود.

بنابراين، معمولاً پيش از رخداد اولين انبساط، هيدروژن با استفاده از نيتروژن مايع (k 78) خنک خواهد شد. سرعت جوشيدن (boil- off) هيدروژن از يک ظرف هيدروژن مايع به علت نشت گرما تابعي از اندازه، شکل و عايق بندي حرارتي ظرف است.

از نظر تئوري ظروف کروي، به دليل نسبت سطح به حجم کم و اينکه تنش و کشش به صورت يکنواخت روي سطح توزيع مي شود، بهترين حالت براي ذخيره هيدروژن مايع هستند. هر چند به دليل اينکه ساخت ظروف کروي خيلي دشوار است، اين ظرفهاي بزرگ پر هزينه هستند، چونکه تلفات جوشيدن (boil- off) به علت نشت حرارتي با نسبت مساحت به حجم متناسب است، سرعت تبخير به طور موثر با افزايش اندازه تانک ذخيره کم مي شود.

مقدار نسبتاً زياد انرژي لازم براي مايع کردن و جوشيدن پيوسته هيدروژن، امکان بکارگيري سيستمهاي ذخيره سازي هيدروژن مايع را در جاي محدود مي نمايد که هزينه هيدروژن چندان اهميتي نداشته و هيدروژن در زمان اندکي مصرف مي شود، مثلاً کاربردهاي هوا- فضا

3- جذب فيزيکي هيدروژن physisorption

جذب گاز روي سطح يکي از نتايج ميدان نيرو در سطح جامدات، که جاذب[10] نام دارند، است. جاذب مولکولهاي گاز يا بخار را که جذب شده [11] نام دارد، جذب مي کند. علت جذب فيزيکي مولکولهاي گاز روي سطح يک جامد، تشديد نوسانات توزيع بار است و بنابراين برهم کنش پراکنده کننده يا برهم کنش و اندروالس نام دارد.

در فرايند جذب فيزيکي، يک مولکول گاز با برخي اتمهاي سطح جامد برهم کنش مي کند. اين برهم کنش از دو جمله تشکيل شده است. يکي جاذبه که با فاصله بين مولکولي و مساحت با توان (6-) کاهش مي يابد و جمله دافعه که با فاصله با توان (12-) کم مي شود.

بنابراين انرژي پتانسيل مولکول در فاصله تقريباً شعاع مولکولي ماده جذب شده يک کمينه دارد. اين کمينه انرژي از مرتبه ev 01/0 تا ev 1/0 (^1- ky.mol 10-1) است به علت برهم کنش ضعيف، يک جذب مهم و خوب فقط در دماهاي پايين مشاهده مي شود. (273 > ) به مجرد شکل گيري يک لايه از مولکولهاي جذب شده، مولکول گاز (بي دوام) با سطحي از مايع يا جامد جذب شده فعل و انفعال خواهد داد. بنابراين انرژي پيوندي لايه دوم گاز جذب شده مشابه گرماي نهال تصليد يا تبخير ماده جذب شده است. در نتيجه جذب يک گاز در دمايي مساوي يا بزرگتر از نقطه جوش در يک فشار ملين به جذب فقط يک لايه منجر مي شود.

تفاوت عمده بين نانو لوله هاي کربني و گرافيتهاي با سطح تماس زياد در انحنايي که ورقه گرافن در لوله شدن براي نانو لوله دارد (اثرات انحنا)[12] و فضاي درون نانو لوله است. در جامدهايي که سوراخهايي در اندازه ميکرو با مويرگهاي باريک که پهنايي در حد ابعاد مولکولي دارند، ميدان پتانسيل ديواره هاي روبه رو با هم همپوشاني دارند به طوري که در مقايسه با سطوح کربني صاف نيروي جاذبه اي که روي مولکولهاي ماده جذب شده اثر مي کند، افزايش پيدا مي کند.

اين پديده انگيزه اصلي براي بررسي برهم کنش هيدروژن و نانو لوله هاي کربني است. در بررسي جذب هيدروژن در نانو لوله ها مشخص شده که اتمهاي هيدروژن به شدت علاقمند به ترکيب شدن و تشکيل مولکول دارند، که در نانو لوله هاي کربني جذب مي شوند.

اگر فرض کنيم که هيدروژن مانند نيتروژن رفتار مي کند، نتيجه مي گيريم که هيدروژن فقط يک لايه مايع در سطح کربن در دماهاي بالا نقطه جوش تشکيل مي دهد. ملاحظات هندسي نانو لوله هاي کربني به مساحت ويژه آنها و بنابراين بيشترين مقدار هيدروژن تغليظ (متراکم) شده روي يک لايه سطحي منجر مي شود. بيشترين مقدار جذب هيدروژن t 6%2 براي نانو لوله هايي تک ديواره با مساحت ويژه ^{1- 2} mg 5/13 در دماي k 77 است.

نانو لوله هاي چند ديواره که با k اندود شده[13] باشد، در دماي اتاق هيدروژن را جذب مي کنند، اما آنها از نظر شيميايي ناپايدار هستند ولي آنهايي که با Li اندود شده اند، پايدارند اما براي بيشينه جذب و واجذب هيدروژن نياز به بالا بردن دما دارند (k 673- 473) . البته اين قابل توجه است که مقدار جذب هيدروژن در فاز گاز و در دماي k 77 با جذب الکترو شيميايي آن در دماي اتاق ، k 298، مشابه است.

در فرايند شارژ الکترو شيميايي اتمهاي هيدروژن در موقعي که انتقال الکترون از رسانا به مولکولهاي آب اتفاق مي افتد، در سمت چپ سطح الکترود هستند. اين فرايند تا موقعي که سطح با يک لايه از هيدروژن جذب شده پوشيده شود، ادامه دارد.

هيدروژن هاي اضافي با نيروي واندروالس سطح برهم کنش نمي کنند. مولکولهاي هيدروژن بسيار سيار مي‌شوند و به شکل حبابهاي گازي روي سطح در مي آيند، که از سطح الکترود رها مي شوند. تشکيل يک لايه پايدار هيدروژن روي سطح الکترود در دماي اتاق فقط در صورتي ممکن است که اتمهاي هيدروژن يا مولکولهاي هيدروژن نامتحرک باشند، يعني بايستي با يک سد بزرگ انرژي، که احتمالاً منتج از مولکول هاي الکتروليت جذب شده(H₂O) در لايه دوم است، به صورت جنبشي از پخش سطحي آنها ممانعت گردد.

يک راه احتمال واکنش ديگر اولين بار به عنوان نتيجه يک محاسبه DFT گزارش شد. نتيجه اين محاسبه اين است که اتمهاي هيدروژن تمايل دارند به صورت شيميايي روي سطح خارجي نانو لوله ها جذب شوند سپس اتمها مي توانند به همديگر تلنگر زده (برخورد نموده) و نهايتاً در پوشش عظيمي مجدداً به صورت مولکولهاي هيدروژن ترکيب گرديده و يک استوانه هم مرکز را در فضاي خالي نانو تيوب شکل دهند.

اگر انرژي پيوندي هيدروژن هايي که به صورت شيميايي جذب شده اند در مقايسه با انرژي هيدرو کربن ها نسبتاً کمتر باشد، مقدار هيدروژن جذب شده متناسب با مساحت سطح نمونه کربني است و مي تواند با يک پتانسيل الکترو شيميايي از نمونه را جذب شود.

در نتيجه فرايند جذب هيدروژن بازگشت پذير روي نانو ساختارهاي کربني بر پايه جذب فيزيکي است و اين مقدار جذب با مساحت سطح BET نمونه متناسب است.

نتيجه بزرگ جذب فيزيکي هيدروژن فشار اعمال کم است، که نسبتاً هزينه کم مواد و طراحي سيستم ساده ذخيره را نياز دارد. مقدار کم هيدروژن جذب شده روي کربن و دماي پايين از اشکالات عمره ذخيره هيدروژن به روش جذب فيزيکي است.

 

4- هيدروکسيدهاي فلزي Metalhydrides

بسيار ؟ از فلزات، ترکيبات بين فلزي و آلياژها با هيدروژن و اکنش دارند و عموماً به شکل ترکيبات جامد هيدروژن- فلز در مي آيند. هيدروکسيدها به صورت يوني، پليمرهاي کووالانسي و فرارهاي کووالانسي و هيدروکسيدهاي فلزي وجود دارند.

علامتگذاري بين انواع مختلف هيدروکسيدها شارپ نيستند. آنها با توجه به الکترو نگاتيوي عناصر درگير، درهم ادغام مي شوند. در اينجا فقط روي هيدروکسيدهاي فلزي بحث مي کنيم، يعني فلزها و ترکيبات بين فلزي که هر دو با هيدروژن ترکيب شده و هيدروکسيد فلزي تشکيل مي دهد. هيدروژن در دماي بالا با بسياري از عناصر واسطه و آلياژهاي آنها براي تشکيل هيدروکسيدها واکنش مي کند.

عناصر الکتروپوزيتيو مثل اسکانديم (Sc) ، اتيريم (y) ، لانتانيدها، اکتينيد و اعضاء گروه تيتانيوم و واناديوم بسيار واکنش پذيرند. هيدروکسيدهاي دوتايي از عناصر واسطه به طور برجسته خاصيت فلزي دارند و به هيدروکسيدهاي فلزي معروفند. آنها رساناهاي الکتريکي خوبي هستند، رفتار فلز يا گرافيت گونه از خود نشان مي دهند، اغلب با جيوه مرطوب مي شوند، يعني انرژي سطحي زيادي دارند.

اگر هيدروژن در دماي کمتر از دماي اتاق را جذب شود، اين گرما به محيط داده مي شود. هر چند در صورتي که واجذب در دماي بالاتر، از دماي اتاق انجام شود، گرماي مورد نياز بايستي در دماي لازم و از منبع خارجي تأمين گردد که مي تواند به صورت سوزاندن هيدروژن صورت گيرد.

بيشينه مقدار هيدروژن در فاز هيدروکسيدي بواسطه تعداد جايگاههاي درون شبکه اي در ترکيبات درون فلزي، با توجه به دو معيار بدست خواهد آمد. فاصله بين دو اتم هيدروژن در جايگاههاي درون شبکه اي است کم A 1/2 و شعات بزرگترين دايره در هر جايگاه بين شبکه اي که همه اتمهاي فلزي همسايه را در برمي گيرد دست کم A 37/0 است (ملاک و ستليک).

بنابراين از لحاظ تئوري بيشينه چگالي حجمي هيدروژن محاسبه شده در هيدروکسيدها، با فرض اينکه هيدروژن يک شبکه تنگ پکيده دارد، ^3- kg.m 352 است که 6/3 برابر چگالي هيدروژن مايع است. به عنوان يک قانون کلي مي شود گفت که عناصر با الکترو نگاتيوي در محدوده 35/1 تا 82/1 هيدروکسيدهاي پايدار تشکيل نمي‌دهند.

جذب هيدروژن از نظر الکتريکي،‌ مشارکت الکترونها و پروتونها در ساختار شبکه الکتروني ميزبان است. الکترونها حالتهاي خالي را در سطح نرمي با انرژي E _F پر مي کنند در حاليکه پروتونها، هيدروژني را موجب مي گردند که باند (S) را در حدود ev 4 پايين تر از _FE القا (تحريک) مي نمايند.

پايداري هيدروکسيدهاي فلزي معمولاً با نمودارهاي وانت هوف و با توجه به معادله وانت هوف معرفي مي‌شود. به علت تغيير فاز در جذب هيدروژن، هيدروکسيدهاي فلزي خواص بسيار مفيدي براي جذب مقدار زيادي هيدروژن در فشار ثابت، يعني فشاري که با مقدار هيدروژن جذب شده، تا وقتي که تغيير فاز اتفاق مي افتد افزايش پيدا نکند، دارند.

مشخصه هاي جذب و واجذب هيدروژن مي تواند با جابه جايي بخشي از اجزا درگير در شبکه ميزبان مناسب شود. بعضي از فلزها در دماي محيط و در فشاري نزديک به فشار اتمسفر هيدروژن را جذب مي کنند. يکي از ويژگي هاي قابل توجه هيدروکسيدهاي فلزي چگالي حجمي فوق العاده زياد اتمهاي هيدروژن در شبکه ميزبان است. بيشترين چگالي حجمي هيدروژن شناخته شده تا حالا ^3- kg.m 150 و براي ₆ H Fe 2 mg و ₃ (₄BH) AL است.

هيدروکسيدهاي فلزي براي ذخيره مقدار زيادي هيدروژن به صورت ايمن و فشرده، بسيار موثر هستند. همه هيدروکسيدهاي بازگشت پذير که در دماي محيط و فشار اتمسفر کار مي کنند، از فلزهاي واسطه تشکيل شده‌اند. بنابراين چگالي ثقلي هيدروژن محدود مي شود به کمتر از wt %3. اين هنوز يک چالش براي خواص هيدروکسيدهاي سبک است.

5- هيدروکسيدهاي کمپلکس Complex hydrides

گروه هاي يک، دو و سه از عناصر سبک مثل Li ، mg ، B‌ ، AL کمپلکس هاي هيدروژن- فلز متنوعي مي‌سازند. آنها به دليل وزن کم و تعداد اتمهاي هيدروژن در هر اتم فلز که در بسياري حالتها 2 است، به طور خاص قابل توجه هستند تفاوت عمده هيدروکسيدهاي کمپلکس و هيدروکسيدهاي فلزي در انتقال به ترکيب يوني يا کوالانسي فلز به دليل جذب هيدروژن است. هيدروژن در هيدروکسيدهاي کمپلکس اغلب در گوشه‌هاي هشت وجهي ها به همراه بورو آلومينيوم در مرکز قرار دارند.

بنابراين اين هيدروکسيد کمپلکس مي تواند يک ماده ذخيره کننده هيدروژن ايده آل براي کاربردهاي بسيار مي باشد.

6- واکنش فلزات با آب ALKalimetal + H₄O

هيدروژن مي تواند از فلزات و ترکيبات شيميايي که با آب واکنش مي کنند، توليد شود. آزمايشي که يک قطعه سديم شناور روي آب هيدروژن توليد مي کند، اين را ثابت مي کند. سديم در اين آزمايش به هيدروکسيد سديم تبديل مي شود. اين واکنش مستقيماً بازگشت پذير نبوده اما بعداً مي توان هيدروکسيد سديم را در يک کوره خورشيدي حذف يا کاهش داده و به سديم فلزي بازگردانيد.

دو اتم سديم با دو مولکول آب واکنش مي دهد و يک مولکول هيدروژن توليد مي کند. مولکول هيدروژن در فرايند سوختن دوباره يک مولکول آب توليد مي کند که مي تواند در يک چرخه گاز هيدروژن توليد کند. اگر چه بايستي براي اکسيد کردن دو اتم سديم، مولکول دوم آب افزوده شود.

سديم داراي چگالي ثقلي هيدروژن wt %3 است فرايند مشابهي براي ليتيوم وجود دارد، که براي آن چگالي ثقلي هيدروژن wt % 3/6 است. چالش اصلي در اين روش ذخيره هيدروژن، بازگشت پذيري و کنترل فرايند کاهش گرما براي توليد فلز در يک کوره خورشيدي است.

- ذخيره سازي هيدروژن در نانو لوله هاي کربني:

اين مواد داراي خواص فوق العاده مکانيکي و الکتريکي هستند که ناشي از خواص ويژه پيوندهاي کربن، طبيعت شبکه تک بعدي و تقارن استوانه اي آنها است. هيدروژن به دو صورت فيزيکي و شيميايي در نانو لوله‌هاي کربني جذب مي شود. روش ذخيره هيدروژن در نانو لوله هاي کربني به طور دقيق شناخته شده نيست. هيدروژن در داخل و يا خارج لوله ها جذب مي شود. جذب در سطح داخلي لوله ها امکان پذير است اما پايدار نيست.

نانو لوله هاي چند ديواره با نيروي جاذبه و اندروالسي مي تواند هيدروژن را بين ديواره ها جذب کنند هيدروژن سبب مي شود که شعاع نانو لوله ها افزايش يابد و بنابراين نانو لوله هاي چند ديواره با پايداري کمتري ايجاد مي‌شود. علي رغم نتايج وسيع موجود در زمينه جذب هيدروژن در نانو ساختارهاي کربني، مکانيزم واقعي آن هنوز به صورت يک راز باقي مانده است.

اثر متقابل ممکن است بر مبناي نيروهاي واندروالسي (جذب فيزيکي) و يا جذب شيميايي باشد. در جذب فيزيکي حداکثر نسبت اتم هيدروژن به اتم کربن 1 به 2 مي باشد. در حاليکه در جذب شيميايي نسبت دو اتم هيدروژن به يک اتم کربن هم متصور است. در جذب فيزيکي هيدروژن، انرژي پيوندي معمولاً ev 01/0 مي‌باشد در حاليکه در جذب شيميايي هيدروژن پيوند کووالانسي C-H با انرژي پيوندي ev 3/2 ايجاد مي‌کند.

جذب فيزيکي هيدروژن در نانو لوله هاي کربني:

هيدروژن در فاز گازي توسط نيروهاي سطحي نانو لوله هاي کربني جذب آنها مي شود. در اينجا نانو لوله ها جاذب و مولکولهاي گاز هيدروژن هم جذب شونده نام دارند. ظرفيت هاي گزارش شده بين 0 تا 6 درصد وزني است.

براي نانو لوله هاي کربني بسته، دو امکان، يعني درون لوله ها و سايت هاي بين لوله ها،‌ براي ذخيره هيدروژن وجود دارد. در مورد نانو لوله هاي تک ديواره با درپوش فولريني، هيدروژن تنها از راه ديواره گرافني مي تواند وارد نانو لوله ها شود. در نانو لوله هاي باز، يعني بدون کلاهک، راه هاي آسان تري براي ذخيره هيدروژن وجود دارد. معمولاً در نانو لوله هاي خيلي دراز براي پر کردن همه حجم نانو لوله از هيدروژن بهتر است که لوله ها به قطعات کوتاه تري تقسيم شوند.

روشهاي مختلفي براي اندازه گيري هيدروژن ذخيره شده وجود دارد که عبارتند از:

- روش اندازه گيري حجمي:

در اين روش فشار نمونه در حجم ثابت، قبل و بعد از جذب هيدروژن را اندازه گيري مي کنند، يعني در واقع بعد از جذب، افزايش فشار اندازه گيري مي شود. براي دقت بيشتر در اين روش بهتر است که وزن نمونه از mg 500 به بالا باشد. در اين روش تغيير در دستگاه با تغييرات در پايداري دما باعث ايجاد خطا مي شود. اهميت اين روش اين است که هم جذب و هم واجذب را اندازه گيري مي کند.

- روش گراديمتري:

دراين روش تغييرات وزن نمونه در اثر جذب يا واجذب گاز اندازه گيري مي شود. دقت اندازه گيري حتي براي نمونه در حد my 10 هم امکان پذير است. به هر حال اين روش نسبت به همه گازهاي موجود در محيط حساس است و فقط بر پايه وزن است.

 

روش اندازه گيري جذب گرمايي:

اين روش فقط براي اندازه گيري جذب در حجم بالا استفاده مي شود. اين روش داراي حساسيت بالايي است و براي نمونه هاي حمل و ذخيره دو تريم هم استفاده مي شود. در اين روش آب و هيدروژن موجود در زمينه سيستم، هيچ تأثيري در اندازه گيري ندارند.

 

نتيجه گيري:

انقلاب هيدروژن بعد از سال صنعتي شروع شد، توليد، ذخيره و تبديل هيدروژن به يک سطح تخصصي رسيده است هر چند فراواني پيشرفتها و کشف جديد امکان پذير است. ذخيره هيدروژن اغلب به عنوان تنگناي انرژي اقتصادي تجديد شدني بر پايه سوخت هيدروژن مطرح شده است.

شش روش مختلف ذخيره هيدروژن توضيح داده شد از جمله سيلندرهاي فشار بالا براي کاربردهاي آزمايشگاهي و هيدروژن مايع براي کاربردهاي هوايي و فضايي و هيدروکسيدهاي فلزي و هيدروکسيدهاي کمپلکس يک ذخيره ايمن و کارآمد را براي هيدروژن پيشنهاد کردند.

تحقيقات علمي بيشتر پيشرفتهاي تخصصي به سمت مواد جديدي با چگالي حجمي و ثقلي بالا منجر مي شود. بهترين مواد امروزه چگالي حجمي ذخيره ^3- kg.m 150 دارند که مي توانند پيشرفته تر شوند و تقريباض 50% با محاسبات تئوري مدلهاي تئوري کلي و موثق براي پايداري هيدروکسيدها هنوز مجهول است و نياز به توسعه دارد.

 

 

 

[1]- pi-orbital

[2]- Transmission Electron Microscopy (TEM)

[3]- Scanning Electron Microscory (SEM)

[4]- x-Ray Dif fraction (XRO)

[5]- Scanning Tunneling Microscopy (STM)

[6]- Atomic Force Microscopy (AFM)

[7]- Magmetie force microscopy

[8]- joule -Thompsancycle

[9]- inversion Temperature

[10]- adsorbent

[11]- adsorbate

[12]-corvature effect

[13]- doped

 

http://daneshjooqom.4kia.ir/