Energiingenjörer världen över arbetar med olika nya tekniker som kan bidra till att begränsa utsläppen av växthusgaser på jorden och motverka klimatförändringarna. Ett föreslaget alternativ till förorenande fossila bränslen, såsom bensin, diesel och naturgas, är vätgas.
Vätgas är ett rent bränsle som kan användas för att driva bränsleceller, enheter som direkt omvandlar bränslets kemiska energi till elektricitet utan att förbränna det. Vätgasdrivna bränsleceller skulle kunna ersätta förbränningsmotorer och vara särskilt fördelaktiga för utvecklingen av tunga elfordon, såsom bussar, lastbilar och till och med tåg.
Trots potentialen har det hittills visat sig vara en utmaning att lagra vätgas på ett säkert och tillförlitligt sätt. En metod för att lagra vätgas innebär användning av vätgasbärare, material som kan absorbera och avge vätgas. Dessa material skulle kunna användas för att tillfälligt lagra vätgas och transportera den till önskade platser.
Ett material som kan lagra anmärkningsvärt stora mängder väte är litiumborhydrid (LiBH4). Detta material avger väte via en process som kallas dehydrering, vilket resulterar i bildandet av bor och litiumhydrid (LiH).
För att materialet ska kunna återanvändas efter att det har avgett väte måste bor och LiH reagera med vätgas (H2) via en process som kallas hydrering. Men bor och LiH är mycket resistenta mot denna reaktion, vilket gör det svårt att genomföra hydrering utan att förbruka stora mängder energi.
Forskare vid Zhejiang University, Fudan University och andra institut har nyligen presenterat en ny nanoingenjörsstrategi som på ett tillförlitligt sätt kan framkalla hydrering vid rumstemperatur.
Deras metod, som presenterades i en artikel publicerad i Nature Nanotechnology, bygger på syntesen av nya material som kombinerar ultrafina LiBH4-nanopartiklar och mycket små kluster av nickelatomer.
”LiBH4 är en lovande vätebärare tack vare sin höga väteförvaringskapacitet”, skrev Xin Zhang, Guenglin Xia och deras kollegor i sin artikel.
”Men den låga reaktiviteten hos dess avväteringsprodukter, bor och LiH, gentemot dihydrogenmolekyler gör regenereringen av borhydrider extremt utmanande. Vi har teoretiskt visat att dissociationen av H2 till H-atomer och dess adsorption av de aktiva Bspike-atomerna (boratomer som sticker ut från ytan med låg koordinering och hög reaktivitet) är en förutsättning för bildandet av en B–H-bindning, snarare än den direkta reaktionen mellan H2 och B.”
Strukturer för Bslab, B72, B228 och B528, samt H-adsorptionsställen med olika generaliserade koordinationsnummer (bryggställen, B1–B4; spikställen S1–S5). Källa: Nature Nanotechnology (2026). DOI: 10.1038/s41565-026-02150-z
Kombination av LiBH4-nanopartiklar och nickelkatalysatorer
Som ett första steg i sin forskning utförde Zhang, Xia och deras kollegor först teoretiska beräkningar för att bättre förstå hur väte reagerar med bor på atomnivå. Deras beräkningar ledde till identifieringen av högreaktiva ytboratomer, kallade Bspike-atomer, som är avgörande för bildandet av nya bindningar mellan bor och väte.
Forskarna förutspådde att storleken på boratomerna också spelar en roll i hydreringsprocessen. Mer specifikt fann de att ultralilla borpartiklar skulle vara lättare att hydrera än större partiklar.
”Andelen Bspike-atomer ökar exponentiellt när storleken på B-klustren minskar, vilket indikerar att det är avgörande att minska B-partikelstorleken till ultraliten skala för att förbättra hydreringsreaktiviteten”, förklarade författarna.
”Därmed syntetiserar vi experimentellt nanokompositer bestående av ultrafina LiBH4-nanopartiklar dekorerade med 3 nm Ni-katalytiska kluster för vätgaslagring.”
Nanokompositer är bulkmaterial som införlivar små partiklar eller fibrer (vanligtvis mindre än 100 nm i storlek) i matrisen hos ett standardmaterial. De material som författarna syntetiserat består av ultrafina LiBH4-nanopartiklar och nickelkluster som är cirka 3 nm stora.
”Vid dehydrogenering bildar dessa nanokompositer B- och LiH-kluster i nära anslutning till varandra på en skala av 5–10 nm, medan Ni-klustren förblir intakta”, skrev Zhang, Xia och deras kollegor.
”Ni-klustren underlättar inte bara dissociationen av H2 till H-atomer utan interagerar också starkt med B-klustren, vilket försvagar B–B-bindningen, vilket möjliggör hydrering av B/LiH tillbaka till LiBH4 vid temperaturer så låga som 30 °C under 100 bar H2.”
En lovande väg för lagring av väte
Med hjälp av sina nysyntetiserade nanokompositer demonstrerade forskarna regenerering av LiBH4 genom interaktion mellan B/LiH och vätgas vid temperaturer ner till 30 °C. Detta är en anmärkningsvärd prestation, eftersom hydrering och regenerering av LiBH4 hittills krävt att materialet värmts upp till betydligt högre temperaturer, vilket kan förbruka avsevärd energi.
Den nanoingenjörsmetod som föreslås av Zhang, Xia och deras kollegor skulle så småningom kunna användas för att skapa andra lovande material som på ett tillförlitligt sätt kan lagra väte vid lägre temperaturer.
I framtiden kan denna studie därmed bidra till en hållbar användning av vätgasbränsleceller i verkliga miljöer, genom att möjliggöra effektiv lagring av väte och transport över långa avstånd.
Publiceringsuppgifter
Xin Zhang et al, Room-temperature hydrogen storage of boron nanoclusters, Nature Nanotechnology (2026). DOI: 10.1038/s41565-026-02150-z.
