1克内表面积就有1.3个足球场大，新材料让氢能源汽车如虎添翼！

虽然格局还不明朗，但氢能源汽车作为清洁环保的新能源汽车，全球已有多家公司投入开发，有可能成为未来的主流。然而氢能源汽车也有一个明显的缺点，那就是储氢装置难以得到突破。

氢气是最轻的气体，如果在常温常压下，你要携带汽车能跑100公里的1公斤氢，你将不得不在汽车顶部背上一个11000升的巨大气囊——如果你的汽车是两米宽的话，这个气囊将是5.5米长，1米高。这画面太美，我确实不忍直视了。

目前的解决方案是氢能源电池，把氢以700巴（bar）的高压，存储在氢电池里，压力水平大约是汽车轮胎的300倍。这种电池可以携带4到5公斤的氢，大约能够跑四五百公里。由于压力太大，要想安全存储氢，需要特制的燃料罐，增加了汽车的制造成本。

而美国能源部最新的汽车安全车载存储规范，对车辆中甲烷和氢气的存储压力限制为100 bar，大大减少了可存储的气体量，这让氢能源汽车的前景更加不明朗。不过昨天发表在《科学》杂志上的一篇论文表明，科学家们已开发了一种新材料，就像海绵一样，可以用较低的压力和成本存储和释放大量气体，可以让氢能源汽车如虎添翼，极大地推动它的发展。

这种材料名叫铝基超多孔金属有机骨架NU-1501-Al，由美国西北大学奥马尔·法哈（Omar Farha）教授及陈志杰等人开发。该材料基于BET 理论，气体分子可以吸附在无数多层的骨架材料上，从而扩大了固体材料的“内表面积”。根据该理论，1克水泥硬化后内表面积可达到 156 平方米，1克活性炭的内表面积则达到了3000平方米。

西北大学开发的铝基超多孔金属材料，由有机分子和金属离子或簇构建而成，这些簇会自组装形成多维，高度结晶的多孔骨架。这种材料1克里面就有数十亿个小孔，内表面积达到了惊人的7310平方米，相当于1.3个足球场的大小！

利用这种材料存储甲烷，已经超过了美国能源部0.5克/克的存储目标，在270K/100巴下1克材料可以吸收0.66克的甲烷。当它从77k/100巴波动到160k/5巴的最佳温度压力组合时，1克该材料可以释放出14重量百分比（wt%）的氢，高达46.2克/升。我理解1个100升的储罐，即1米见方10厘米高的氢电池，就能达到目前氢能源汽车的要求了，但要安全得多。

研究人员认为，这种材料就像海绵，可以存储大量的氢气和甲烷，并且能够以比目前氢燃料电池汽车所需的压力更低的压力，将它们输送到汽车的发动机，有望成为清洁能源的良好载体。

这项研究发表在4月17日《科学》杂志上。

参考：

Science：Balancing volumetric and gravimetric uptake in highly porous materials for clean energy

ScienceDaily：Gas storage method could help next-generation clean energy vehicles