1. No category

Konferenca o naprednih materialih 2011
Novi materiali za shranjevanje vodika
Kemijski inštitut, CO NOT
Nataša Zabukovec Logar
Ljubljana, 7. in 8. september 2011
Konferenca o naprednih materialih 2011
Novi materiali za shranjevanje vodika – potreba po shranjevanju vodika
Stacionarna uporaba:
- vodikove postaje (črpalke)
- proizvodnja vodika z viški električne
energije
Rezervoarji v vozilih:
2
Konferenca o naprednih materialih 2011
Novi materiali za shranjevanje vodika - tehnologije shranjevanja H2
Sobni pogoji: 1 kg vodika zavzema 11 m3
Stisnjen vodik - 350 ali 700 bar:
• večja gostota (1 kg H2~0.033 m3 =33 L/700 bar)
• potreben žilav in nepropusten material - nevarno, drago
Utekočinjen vodik:
• kriogene temperature (21 K) (1 kg H2~0.014 m3 =14 L)
• izolacija - tehnološko zahtevno, drago
Rezervoarji za vodik v vozilih s stisnjenim ali
utekočinjenim vodikom so preveliki, pretežki, prenevarni in
neprimerni za daljše obdobje shranjevanja.
(za 300 km dolgo pot potrebujemo od 5 do 10 kg vodika)!
3
Konferenca o naprednih materialih 2011
Novi materiali za shranjevanje vodika – tehnologije shranjevanja H2
kovinski hidrid
Shranjevanje v trdnih materialih-zlitine in kovalentne spojine:
• 1 kg H2< 12 L, varnejše
• T desorp. previsoka (200-450 0C), počasni in ireverzibilni
procesi vezave/spročanja H2 (->nanodelci), dragi
kovinski hidrid
Shranjevanje v trdnih materialih-sorpcija molekul H2 na površino:
• 1 kg H2< 16 L, varni, hitri in reverzibilni procesi!
• Slabost - šibka vezava H2 na površini (~77 K in ~70 bar),
cena?
porozni materiali
4
Konferenca o naprednih materialih 2011
Novi materiali za shranjevanje vodika – zahteve za hranilnike H2
MOF (kovinskoorganski porozni
materiali) – najbolj
obetavna rešitev
- Majhen in lahek rezervoar (81 kg H2/m3 in 9 ut.%)
- Zmerni pogoji shranjevanja: temperature od -40 do 85 oC in tlaki od 3 do 100 bar
- Hitra in reverzibilna vezava in sproščanje vodika (5 kg H2 v 2,5 min, 1500 ciklov)
- Cena hranilnika in vzdrževanja, varnost
5
Konferenca o naprednih materialih 2011
Novi materiali za shranjevanje vodika – primerna vezavna energije vodika
6
Konferenca o naprednih materialih 2011
Novi materiali za shranjevanje vodika – Kovinsko-organski porozni materiali (MOF)
Me=
Zn,
Cu,
Fe,
Cr,
etc.
Zadostna kapaciteta shranjevanja vodika
Primerna kinetika shranjevanja
Neprimerni pogoji shranjevanja (77K)!
7
Konferenca o naprednih materialih 2011
Novi materiali za shranjevanje vodika – optimizacija vezave vodika v MOF
3.
Ni
1.
-OH, NH3,
itd.
2.
Kateri postopek je najprimernejši za izboljšanje vezave pri sobni T in zmernem p?
8
Konferenca o naprednih materialih 2011
Novi materiali za shranjevanje vodika – MIL-101
1,8
FeCl3.6H2O
Kristalna struktura:
3D sistem por
1
tereftalna
kislina
SEM
137
DMF
MIL10
1(Fe)
HT-XRD: nad 300 °C
transformacija v Fe2O3.
9
Konferenca o naprednih materialih 2011
Novi materiali za shranjevanje vodika – MIL-101
max. 2.5 ut. %
3,0
77K
Hydrogen uptake (wt%)
2,5
zmanjšanje razlike
2,0
1,5
max. 0.3 ut. % 298K
1,0
0,5
0,0
0
2
4
Pressure (MPa)
6
8
10 10
Hiden Isochema HTP1 analizator
Konferenca o naprednih materialih 2011
Novi materiali za shranjevanje vodika – MIL-101 – izboljšave?
MIL101(Fe)
NH2-CH2CH2-NH2
MIL101(Fe)
CHCl3,
liofilizacija
MIL101(Fe)amin
MIL101(Fe)CHCl3
Pri obeh načinih aktivacije ostaja količina vezanega vodika enaka pri
77 K in pri sobni T
11
Konferenca o naprednih materialih 2011
Novi materiali za shranjevanje vodika – MIL-101 – impregniranje s kovinami - izboljšava
Ni(NO3)2.6H2O
MgCl2.6H2O
CuCl2.6H2O
MIL-101(Fe)
BASIC
MATERIAL
Ni-MIL101(Fe)
Mg-MIL101(Fe)
Cu-MIL101(Fe)
Niimpregniran
Mgimpregniran
Cuimpregniran
RT
0.3
0.6
0.2
0.5
77 K
2.5
3.9
2.0
-
Tabela 3: Max. vezava H2 (ut.%).
12
Konferenca o naprednih materialih 2011
Novi materiali za shranjevanje vodika – Zaključek
1. Nova znanja o sorpciji vodika na porozne materiale:
teoretične vs. praktične omejitve;
2. Impregnacija MOF s kovinami (npr. Ni): mogoče izboljšanje vezave
vodika pri sobni T in zmernih tlakih;
HYDROGEN STORAGE TANK AND METHOD OF USING
United States Patent Application 20100024542
13