Коробки-оригами из графена - новая технология хранения водородного топлива

Исследователи из университета Мэриленда продемонстрировали результаты компьютерного моделирования, которые служат доказательством того, что графен, при помощи электрических полей и воздействий другого рода, может быть "сложен" в виде аккуратной трехмерной герметичной коробки, служащей в качестве емкости, хранящей небольшое количество водорода. Воздействие другого рода может заставить графеновую коробку-оригами раскрыться и выпустить водород, который может быть использован в качестве топлива водородных топливных элементов.

Метод, при помощи которого графен складывается в коробку, имеет название HAGO (hydrogenation-assisted graphene origami). В этом процессе задействованы графеновые пленки, которым при помощи предварительной обработки была придана необходимая форма. Форма графеновой пленки и силы, возникающие при соединении атомов водорода со свободными валентными связями атомов углерода на краю пленки, являются причиной, по которой пленка самостоятельно сворачивается в герметичную коробку-оригами, во внутреннем объеме которой содержится некоторое количество водорода под давлением.

Силы, заставляющие свернуться графеновую пленку и удерживающие ее в виде коробки, достаточно сильны для того, чтобы выдержать избыточное давление заключенного в ней водорода, а электрическое поле используется на самом последнем этапе, он нарушает процессы взаимодействия атомов углерода и водорода, заставляя коробку развернуться и выпустить содержавшийся в ней водород.

"Для того, чтобы заставить предварительно отформованную графеновую пленку самостоятельно свернуться в трехмерную наноструктуру нужно только наличие водорода" - рассказывает Тенг Ли (Teng Li), профессор из университета Мэриленда, - "Электрическое поле используется для "поляризации" графена, что уменьшает силы притяжения слоев графена и что приводит к обратному развертыванию наноструктуры. После отключения электрического поля пленка снова сворачивается и этот процесс может быть повторен сколько угодно раз".

Следует отметить, что графеновые коробки-оригами способны хранить водород в количестве 9.7 процента от общего веса. Это существенно превышает значения, поставленные в качестве цели американским Министерством энергетики, которые планировали добиться такого показателя для систем хранения водородного топлива на уровне 5.5 процентов к 2017 году и 7.5 процентов к 2020 году.