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目前氢气金属化能源潜力无限

发布时间:2021-07-14 17:48:03 阅读: 来源:硅酸盐防水剂厂家

氢气金属化能源潜力无限

编者语:氢气金属化能源潜力无限。聚变能量比铀大很多倍;输电效率可达99%以上;制造发电机输出功率提高几十倍。超导体材料的电阻为零,它的这一性质让电子可以在其体内自由移动,不受拘束。同时,超导体能够长时间传导高强电流,并保持电流不以热能的形式散发。正因如此,超导体成了电力运输中提高能效的理想选择。而金属氢正是一种超导体。

金属氢中,电子可以自由移动

1个锂原子与2个氢原子结合,形成LiH2

众所周知,按照元素周期表的排列顺序,氢是宇宙中最轻的元素将从2021年起开始制止使用,而锂是第三轻的元素。在正常的温度及压力条件下,氢为气体,而锂为固体。氢气分子则是由两个紧密结合济南实验机厂非常看好2017年大行情在一起的氢原子组成的,每个氢原子贡献一个电子。但将氢金属化并不容易,因为它是一个在极端高压下反应的过程。

近日,美国国家科学院学报刊登了一篇文章。文章由来自康奈尔大学及纽约州立大学的科学家们共同撰写。他们表示,如果往氢气里面加入少量的金属锂,氢气金属化所需压强将降至原来的1/4,并形成具有超导性质的化合物。美国国家科学基金会为该研究提供资金。

何谓金属氢

在木星和土星上,由于地心引力及压强极大,氢气会以金属态存在。目前,科学家就正在尝试模拟与木星和土星上相似的环境,将氢原子的外层电子“夺”过来,形成金属氢。

为什么要将氢的外层电子“夺”过来?科学家解释道,这是金属氢形成的关键。氢在金属状态下,氢分子将分裂成单个氢原子,并使电子能够自由运动。在金属氢中,氢分子键断裂,分子内受束缚的电子被挤压成公有电子,这种电子的自由运动,使氢具有了导电的性质。由于导电是金属的特性,科学家才形象地将这一氢的新状态称为“金属氢”。因此,把氢制成金属,关键就是把电子从原子的束缚下解放出来。但想要做到这一点并不容易,因为氢原子仅有一个电子全球3D中国可能也正尝试推动国内废物搜集行业的发展打印热潮只增不减,二者的结合极为紧密。如果有足够的压力把大量氢原子非常紧密地挤在一起,以致各个原子都被8个、10个甚至12个近邻原子所包围。于是,每个氢原子的单个电子,不管原子核是否有异常强的吸引力,就可能开始从一个相邻原子滑到另一个相邻原子,形成运动。这样就会得到“金属氢”。

模拟极端压强

如何模拟火星、土星表面的环境?科学家用金刚石压砧(DAC),在340万个大气压强的极端压强环阀门质量的提升也需要更好的装备来检测境下对氢气进行挤压。为使人们对压强概念有一个更直观的了解,科学家解释道,海平面的压强为1个大气压,而地球核心的压强则约为350万个大气压。在制造如此高压、稳定的大气压强的过程中,科学家遇到了巨大的困难。他们使用了多种方法,其中就包括使用冲击波,但效果仍不甚理想。为降低氢气金属化对压强的要求,科学家想到了把氢气与其他元素相结合。

氢锂结合使金属化更容易

研究人员表示,氢气与金属锂在压强很大的情况下会发生反应,生成一种非金属态的稳定化合物(LiH)。该研究小组正在试验不同的氢与锂的组合。其中一个组合为:1个锂原子与6个氢原子结合,组成一种化学式为LiH6的化合物。通过复杂的计算机运算,科学家预测,在这种假想的化合物中,锂原子将被激活,并释放唯一的外层电子,分散在3个氢原子之间,成为自由导电电子。科学家已经证明,在加压的情况下,LiH6是一种稳定的氢金属化合物。相比而言,虽然LiH6在常压下也以金属形态存在,但这时它会变得不稳定,容易分解成LiH和氢气。

纽约州立大学助理教授伊娃·苏里克(Eva Zurek)说:“向氢气中加入金属锂的好处在于,它可以降低将氢气金属化所需的压强。形成稳定的LiH6约需要100万个大气压强,而将纯氢金属化则需大约400万大气压强。”

金属氢的能源利用前景

1981年度诺贝尔化学奖得主、康奈尔大学教授罗尔德·霍夫曼说:“十分有趣的是,在100万至160万大气压之间,所有已接受测试的锂、氢化合物都处于稳定或亚稳定状态,并呈金属态。”除LiH6外,研究人员还研究了另外一种锂、氢化合物:LiH2(含1个锂原子与2个氢原子)。美国国尊重的客户:家科学家基金会材料研究部的项目主任达里尔·赫斯说:“这些理论研究开启了在实验室可得高压下轻元素结合的大门,这在以前是没有过的。它有可能会带领人类发现新的材料,或者是物质的新状态。”

而这些发现有可能为能源领域带来新的曙光。因为金属氢是一种亚稳态物质,可以用它来做成约束等离子体的“磁笼”,把炽热的电离气体“盛装”起来。同时,金属氢内储藏着巨大的能量,比普通TNT炸药大倍。因此,金属氢聚变时释放的能量要比铀核裂变大很多倍。此外,用金属氢输电,可以完全摆脱对大型变电站的依赖,而输电效率则可达99%以上。如果用金属氢制造发电机,其重量不到普通发电机重量的10%,而输出功率可以提高几十倍乃至上百倍。

研究小组的成员说,从研究中所得信息可以看出,大量的氢原素可以与其他元素相结合。有朝一日,这些信息会帮助人们制造出更多金属态的、以氢为基础的超导体。从20世纪40年代开始,美、日等国就投入了大量的人力、物力研制金属氢。目前,世界上的高压实验室已达100多个。美国已研制成功了能产生100万大气压的压力机,日本研制成功了“分离球体式多级多活塞组合装置”能产生200万个大气压。近年来,日本等几个国家宣布已在实验室内研制成功了金属氢,这是人类向金属氢迈出了可喜的一步。

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