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Computational study of hydrogen storage in metal-doped materials

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Sichere Wasserstoffspeicherung in Fahrzeugen wird Realität

Die Welt ist reif für den Übergang von mit fossilen Kraftstoffen betriebenen Fahrzeugen hin zu einem umweltfreundlicheren Verkehr. Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellenfahrzeuge sind in dieser Hinsicht äußerst vielversprechend. Noch allerdings wird ihre weitergehende Verbreitung durch Probleme mit Kosten, Sicherheit und Leistung behindert.

Energie

Um die Kosten- und Sicherheitsfragen in den Griff zu bekommen, unternahm man Versuche mit dem Einsatz von Hochdruck- und Tieftemperaturtanks, reversible Adsorbentien und Metallhydridlösungen zur Wasserstoffspeicherung an Bord des Fahrzeugs. Diese Maßnahmen blieben bislang erfolglos. Das EU-finanzierte Projekt "Computational study of hydrogen storage in metal-doped materials" (COMHMAT) arbeitete an der Entwicklung alternativer Verfahren zur kostengünstigen Wasserstoffspeicherung unter Einsatz des "Wasserstoff-Spillover". Wasserstoff-Spillover beinhaltet die Verwendung eines übergangsmetalldotierten Sorbens zum Binden von Wasserstoff in atomarer Form unter Ausnutzung eines Katalysewegs mit Metallnanopartikeln. Die Projektmitglieder arbeiteten eng mit Versuchsgruppen zusammen, um neuartige Materialien für die Wasserstoffspeicherung zu entwickeln. Zu diesem Zweck wurden bereits existierende und per Modell entworfene Materialien verwendet. Dazu gehörten metalldotierte Graphen- und funktionalisierte graphitische Materialien, Graphitoxide, metallorganische Gerüste, oxidierter Kohlenstoffschaum, Graphdiyne und gestörte graphitische Materialien mit Substitutions-Einzelmetalladatomen. Graphdiyne sind zweidimensionale Kohlenstoffallotrope aus Graphen mit Wabenstrukturen. Adatome sind adsorbierte Atome, die auf einer Kristalloberfläche liegen. Das Expertenwissen der Konsortiumsmitglieder in Sachen quantenchemischer Simulationen kam ihnen bei der Durchführung von In-silico-Experimenten sehr zustatten. In der Folge wurden mit Erfolg funktionsfähige Wasserstoff-Spillover-Materialien mit verbesserten Wasserstoffspeicherkapazitäten ermittelt. Die Projektaktivitäten resultierten in acht Publikationen in renommierten wissenschaftlichen Fachzeitschriften. Vielversprechende Ergebnisse haben nun einen Grundstein für die weiterführende experimentelle und theoretische Forschung weltweit gelegt. Die Erfolge werden eine Markteinführung wasserstoffbetriebender Verkehrssysteme vorantreiben, die sicher und emissionsfrei sind.

Schlüsselbegriffe

Wasserstoffspeicher, Fahrzeuge, Brennstoffzelle, metalldotiert, Wasserstoff-Übertragungseffekt, Wasserstoff-Spillover, Graphen, Verkehrssystem, Verkehrsnetz, Transportsystem

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