Optimization of a High-Energy Ti–Al–B Nanopowder Fuel

材料科学 化学工程 能量(信号处理) 燃料电池 工艺工程 物理 工程类 量子力学
作者
Albert Epshteyn,Michael R. Weismiller,Zachary J. Huba,Emily L. Maling,Adam S. Chaimowitz
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:31 (2): 1811-1819 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.6b02321
摘要

Sonochemically generated reactive metal nanopowders containing Ti, Al, and B represent a new class of high-energy-density nanopowder fuels with superior energy content and air stability as compared to nano-aluminum. In this work, we optimize the energy density of a Ti–Al–B reactive metal nanopowder fuel by varying the Ti:Al:B ratios using a sonochemically mediated decomposition of a complex metal-hydride. After heating the recovered solids under vacuum to temperatures in the range between 150 to 300 °C, the powder's air stability is significantly improved so that it can be handled in air. Variable-temperature vacuum heat treatment was used to produce fuels tuned to be stable with a gravimetric energy density exceeding that of pure bulk Al (>31 kJ/g). The density of the powder was found to be 2.62 g/cm3 by helium pycnometry, which translates to an impressive volumetric energy content of 89 kJ/cm3. In poly(methyl methacrylate)-protected bomb calorimetry tests commercial nano-aluminum (SkySpring Nanomaterials, 20% oxide) only produced 25 kJ/g, while the sonochemically generated Ti–Al–B nanopowders released 24% more energy per unit mass and 19% more energy per unit volume in identical experiments.
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