1g铝合金粉可制得1.30L氢气！制氢新方法将实现无温室气体( 二 ) 氢能源面临的主要挑战之一是

Meroueh列举了他们使用的过程的几个好处。 “你不需要为镓-铟共晶物施加任何能量就可以在铝上发挥它的魔力并去除氧化层， ”她说。 “一旦你激活了你的铝，你就可以把它放在水中，它会产生氢气——不需要能量输入。 ”更好的是，共晶不会与铝发生化学反应。 “它只是在颗粒之间移动， ”她说。 “在这个过程结束时，我可以回收我投入的所有镓和铟并再次使用它们”——这是一个有价值的特征，因为镓和铟价格昂贵且供应相对短缺。
增加硅将促进氢气生成
研究人员接下来研究了合金元素的存在如何影响氢气的产生。他们测试了经过共晶处理96小时的样品；到那时，所有样品的氢气产量和流速都已趋于平稳。
与纯铝相比， 0.6%硅的存在使给定重量铝的产氢率增加了20%——即使含硅样品的铝含量低于纯铝样品。相比之下， 1%镁的存在产生的氢要少得多，同时添加硅和镁会提高产率，但没有达到纯铝的水平。
硅的存在也大大加快了反应速度，在流速中产生了更高的峰值，但缩短了氢气输出的持续时间。镁的存在产生了较低的流速，但允许氢气输出随着时间的推移保持稳定。再一次，含有两种合金元素的铝产生氢的流速介于掺镁和纯铝之间。
这些结果为如何调整氢气输出以匹配耗氢装置的运行需要提供了实用指导。如果起始材料是商业纯铝，则添加少量精心挑选的合金元素可以调整氢气产量和流速。如果起始材料是废铝，仔细选择原料可能是关键。对于高而短暂的氢气爆发，来自汽车垃圾场的含硅铝片可以很好地工作。对于较低但较长的流量，来自已拆除建筑物框架的含镁废料可能更好。对于介于两者之间的结果，含有硅和镁的铝应该效果很好；这种材料可以从报废的汽车和摩托车、游艇、自行车车架，甚至智能手机壳中大量获得。
Meroueh指出，还可以结合不同的铝合金废料来调整结果。 “如果我有一个仅含有硅的活性铝样品和另一个仅含有镁的样品，我可以将它们都放入盛有水的容器中，让它们发生反应， ”她说。 “所以我从硅中获得了氢气产量的快速上升，然后镁接管并具有稳定的输出。 ”
改变尺寸带来意想不到的结果
影响氢气产量的另一种实用方法可能是减小铝晶粒的尺寸——这种调整能够增加可用于发生反应的总表面积。
为了研究这种方法，研究人员要求他们的供应商提供特别定制的样品。使用标准工业程序， Novelis的专家首先将每个样品送入两个滚筒，从顶部和底部挤压，使内部颗粒变平。然后他们加热每个样品，直到长而扁平的颗粒重新组织并缩小到目标尺寸。
在一系列精心设计的实验中，麻省理工学院团队发现，在不同样品中，减小晶粒尺寸可以不同程度地提高效率并缩短反应持续时间。同样，特定合金元素的存在对结果有着重大影响。
在整个实验过程中，研究人员遇到了一些意想不到的结果。例如，标准腐蚀理论预测纯铝比掺硅铝产生更多的氢——这与他们在实验中观察到的相反。
为了阐明潜在的化学反应， Hart、Meroueh和Eagar研究了氢“通量” ，即铝表面每平方厘米随时间产生的氢气量，包括内部晶粒。他们检查了四种成分中每一种的三种晶粒尺寸，并收集了数千个测量氢通量的数据点。

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结果表明，减小晶粒尺寸具有显著效果。它使掺杂硅的铝的峰值氢通量增加了100倍，而其他三种成分的峰值氢通量增加了10倍。对于纯铝和含硅铝，减小晶粒尺寸也会减少峰值通量之前的延迟并增加之后的下降速率。对于含镁铝，减小晶粒尺寸会导致峰值氢通量增加，并导致氢输出速率的下降略微加快。在同时存在硅和镁的情况下，当不控制晶粒尺寸时，随着时间的推移，氢通量类似于含镁铝的氢通量。当晶粒尺寸减小时，氢输出特性开始类似于在含硅铝中观察到的行为。
研究人员强调了对所涉及的潜在化学反应进行更好的基本原理了解的好处。除了指导实用系统的设计之外，它还可以帮助他们找到预处理混合物中昂贵的铟的替代品。其他工作表明，镓会自然地渗透通过铝的晶界。 “在这一点上，我们知道共晶中的铟很重要，但我们并不真正了解它的作用，所以我们不知道如何替换它， ”Hart说。
但是Hart、Meroueh和Eagar已经展示了两种调节氢反应速率的实用方法：向铝中添加某些元素和控制内部铝晶粒的大小。结合起来，这些方法可以产生显著的结果。 “如果你从晶粒尺寸最大的含镁铝到晶粒尺寸最小的含硅铝，你会得到两个数量级的氢反应速率， ”Meroueh说。 “如果你试图设计一个使用这种反应的真实系统，那将是巨大的进步。 ”