Célula de combustible para vehículos Alane

Científicos del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de los EE.UU., en colaboración con varios asociados, han descubierto una forma menos costosa y de mayor eficiencia energética para producir alane (trihidruro de aluminio), una fuente de hidrógeno ampliamente considerada como lo último de la tecnología para el uso en vehículos automotores.

Por Laura Millsaps, Departamento de Energía de EE.UU. – Septiembre 23 del 2016
ReporteroCubano.Net – Servicios de información LinCu

Ames Laboratory descubre la manera de hacer que Alane sea una mejor opción de combustible de hidrógeno para vehículos

Este diagrama de reaccion es un modelo de la interacción del hidrogeno (esfera roja) y el titanio (esfera blanca) con el aluminio (esferas grises) para formar alane Dpto de Energía de USA
Este diagrama de reaccion es un modelo de la interacción del hidrogeno (esfera roja) y el titanio (esfera blanca) con el aluminio (esferas grises) para formar alane Dpto de Energía de USA

Alane se ha ganado su reputación como lo último de la tecnología para su uso en automóviles porque fabricarla a partir del aluminio e el hidrógeno en equilibrio requiere gas hidrógeno a una presión de alrededor de 150 000 PSI.

Los investigadores encontraron que los defectos del aluminio a nivel atómico cuando están presentes en la superficie junto con el hidrógeno y el titanio, crean las condiciones necesarias para que se produzca una reacción química cuyo resultado es alane (trihidruro de aluminio) sin la necesidad de que el hidrógeno se encuentre a una presión tremendamente alta. Si bien no está listo para la síntesis general, este trabajo sirve como prueba del concepto de una forma más eficiente y menos costosa de producir alane.

Memorando presidencial sobre las células de combustible alane

SEGURIDAD NACIONAL Y DEFENSA
Emitido en: Octubre 5 del 2018

MEMORANDO PARA EL SECRETARIO DE DEFENSA

ASUNTO: Determinación presidencial de conformidad con la Sección 303 de la Ley de Producción de Defensa de 1950, enmendada

Por la autoridad de la que estoy investido como Presidente conforme a la Constitución y las leyes de los Estados Unidos de América, incluida la sección 303 de la Ley de Producción de Defensa de 1950 enmendada, (la “Ley”) (50 USC 4533), de conformidad con la sección 303 (a) (5) de la Ley, por la presente determino, que el desarrollo y la compra de equipos y materiales necesarios para las células de combustible alane son esenciales para la defensa nacional.

Sin una acción presidencial en virtud del artículo 303 de la Ley, no se puede esperar razonablemente que la industria de los Estados Unidos proporcione la capacidad para la producción de células de combustible alane de manera adecuada y oportuna. Además, las compras, los compromisos de compra u otra acción conforme a la sección 303 de la Ley, son el método alternativo más efectivo, práctico y conveniente en cuanto a costos para satisfacer la necesidad de esta capacidad crítica.

Usted está autorizado y le instruyo publicar este memorando en el Registro Federal.

DONALD J. TRUMP

“Alane es excelente porque cumple con todos las especificaciones establecidas por el Departamento de Energía para vehículos de células de combustible de hidrógeno en cuanto a capacidad energética, peso, temperatura del sistema y costo”, dijo Vitalij Pecharsky, Científico del Laboratorio Ames y Anson Marston, Profesor Distinguido de la Universidad Estatal de Iowa. “El aluminio es barato, el hidrógeno es abundante. Solo hay un problema: no puede hacerse fácilmente. Durante mucho tiempo se ha considerado imposible de usar para aplicaciones de vehículos debido a las dificultades extremas para producirlo”.

Los investigadores combinaron las ventajas predictivas del análisis computarizado con el experimento físico para abordar el desafío de los materiales aplicados. Junto con los dopantes catalíticos de titanio y el hidrógeno, los teóricos observaron los defectos de las vacantes o el aluminio faltante en la superficie de los polvos de aluminio y establecieron que esta combinación que funciona en concierto es fundamental para la formación de alanos de baja energía. Debido a que dichos defectos pueden producirse mediante molienda de bolas para romper mecánicamente la estructura atómica del metal, los experimentados pulverizan polvos de aluminio en combinación con hidrógeno y titanio, y confirmaron la predicción al producir AlH3 o alane. El proceso usó significativamente menos presión, solo alrededor de 5,000 PSI (o 30 veces menos presión), para crear un alane que el necesario para los métodos de equilibrio.

“A través de la mecánica química, puedes crear tantas vacantes como puedas en un polvo, lo que aumenta el área de superficie, y el proceso produce un 10 por ciento de alanes”, dijo Duane Johnson, Directora de Investigación del Laboratorio Ames y Profesor de Ciencias de la Energía F. Wendell Miller. Departamento de Ciencias de los Materiales e Ingeniería de la Universidad Estatal de Iowa. “Alane es liviano, cuando libera hidrógeno y se transforma en aluminio, se vuelve reciclable como latas de aluminio, no está bajo presión y, por lo tanto, es seguro para aplicaciones en vehículos. Mientras que el 10 por ciento aún no es un rendimiento comercialmente viable, la ciencia aquí lo pone al alcance de futuras investigaciones y desarrollos “.

La investigación, llevada a cabo por el Laboratorio Ames, la Universidad Estatal de Iowa, la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, la Universidad de Wisconsin-Madison y la Universidad de Pittsburgh se analiza en un artículo publicado en ChemSusChem, “Hacia la síntesis directa de Alane: una vía mediada por defectos predichos Confirmado experimentalmente “por Lin-Lin Wang, Aditi Herwadkar, Jason M. Reich, Duane D. Johnson, Stephen D. House, Pamela Peña-Martin, Angus A. Rockett, Ian M. Robertson, Shalabh Gupta y Vitalij K. Pecharsky. El trabajo fue apoyado por la Oficina de Ciencia del DOE.

Original information in English

Ames Laboratory discovers way to make alane a better hydrogen fuel option for vehicles

Scientists at the U.S. Department of Energy’s Ames Laboratory, in collaboration with several partners, have discovered a less-expensive, more energy-efficient way to produce alane – aluminum trihydride – a hydrogen source widely considered to be a technological dead-end for use in automotive vehicles.

By Laura Millsaps, US Department of Energy – September 23, 2016
CubanReporter.Net – LinCu Information Services

Alane had earned its dead-end reputation for use in cars because making it from the elements aluminum and hydrogen at equilibrium requires hydrogen gas at about 150,000 PSI pressure.

Researchers found that atomic-level defects, when present on the surface of aluminum together with hydrogen and titanium, created the conditions necessary for a chemical reaction producing alane to occur, and without the need for hydrogen at tremendously high pressure. While not ready for mainstream synthesis, this work serves as proof of concept of a more efficient and less costly way of producing alane.

“Alane is great because it meets all of the criteria put forth by the Department of Energy for hydrogen fuel cell vehicles for energy capacity, weight, system temperature, and cost,” said Vitalij Pecharsky, Ames Laboratory Scientist and Iowa State University’s Anson Marston Distinguished Professor of Materials Science. “Aluminum is cheap, hydrogen is abundant. There’s just one problem: you can’t make it easily. For the longest time it’s been considered impossible to use for vehicle applications because of the extreme difficulties in producing it.”

Researchers paired the predictive advantages of computational analysis with physical experiment to tackle the applied materials challenge. Along with titanium catalyst dopants and hydrogen, theorists looked at vacancy defects, or missing aluminum, on the surface of aluminum powders and established that this combination working in concert is critical to the low-energy formation of alane. Because such defects can be produced by ball milling to break up mechanically the atomic structure of the metal, experimentalists ball-milled aluminum powders in combination with hydrogen and titanium, and they confirmed the prediction by producing AlH3, or alane. The process used significantly less pressure, only about 5,000 PSI (or 30 times less pressure), to create alane than that needed for equilibrium methods.

“Through the mechanochemistry you create as many vacancies as you can in a powder, which increases the surface area, and the process yields 10 percent alane,” said Duane Johnson, Ames Laboratory Chief Research Officer and F. Wendell Miller Professor of Energy Science at Iowa State University’s department of Materials Science and Engineering. “Alane is light, when it gives up hydrogen and transforms to aluminum it becomes recyclable like aluminum cans, it’s under no pressure, and therefore is safe for vehicle applications. While 10 percent is not yet a commercially viable yield, the science here puts it within reach upon further research and development.”

The research, conducted by Ames Laboratory, Iowa State University, University of Illinois Urbana-Champaign, University of Wisconsin-Madison, and University of Pittsburgh is discussed in a paper published in ChemSusChem, “Towards Direct Synthesis of Alane: A Predicted Defect Mediated Pathway Confirmed Experimentally,” by Lin-Lin Wang, Aditi Herwadkar, Jason M. Reich, Duane D. Johnson, Stephen D. House, Pamela Peña-Martin, Angus A. Rockett, Ian M. Robertson, Shalabh Gupta, and Vitalij K. Pecharsky. The work was supported by DOE’s Office of Science.

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