Magazynowanie wodoru dzięki borowodorom
Aby móc włączyć odnawialne źródła energii do sieci dystrybucji energii elektrycznej, potrzebne są zaawansowane systemy magazynowania wodoru. Systemy te muszą charakteryzować się dużą objętością, ale również niewielką masą w przypadku zastosowań przenośnych. Jednocześnie wymagana jest wysoka efektywność energetyczna, aby utrzymać minimalne koszty operacyjne. Aby sprostać tym wyzwaniom, w ramach finansowanego przez UE projektu BOR4STORE (Fast, reliable and cost effective boron hydride based high capacity solid state hydrogen storage materials) szukano nowych materiałów na bazie borowodorów, które można wykorzystać do magazynowania wodoru. Skupiono się w szczególności na dostarczaniu wymagających wysokiej temperatury ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem. Wszystkie materiały zostały scharakteryzowane pod kątem mikrostruktury oraz podstawowych właściwości związanych z uwodornieniem. Następnie zespół ocenił wybrane materiały bardziej szczegółowo według kryteriów, takich jak pojemność, ciepło reakcji i właściwości cykliczne. Zbadano także ich schematy reakcji za pomocą zaawansowanych technik promieniowania podczerwonego, synchrotronowego i jądrowego. Następnie wyciągnięto wnioski na temat sposobu ingerowania w poszczególne etapy reakcji, które ograniczają szybkość reakcji. Wyniki pokazały, że w przypadku prawie wszystkich materiałów na bazie monowodorków proces ponownego uwodorniania z fazy gazowej jest trudny do przeprowadzenia. Zaobserwowano także silny spadek wydajności magazynowania wodoru podczas pierwszych cykli ładowania. Jest to częściowo spowodowane tendencją do uwalniania diboranu (B2H6) zamiast czystego wodoru w przypadku rozkładu borowodorów w temperaturze poniżej 200°C. Najbardziej obiecującymi materiałami na bazie borowodoru były reaktywne kompozyty wodorkowe, takie jak LiBH4-MgH, niektóre stopy euktetyczne, takie jak LiBH4-Ca(BH4)2 oraz Mg(BH4)2. Naukowcy z BOR4STORE stworzyli eksperymentalną i teoretyczną bazę danych dotyczących szerokiej gamy materiałów na bazie borowodorów, które zostały zbadane podczas realizacji projektu. Baza ta obejmuje mikrostruktury, zmiany faz i schematy reakcji, a także metody syntezy i przetwarzania materiałów. Te informacje będą niezwykle przydatne w realizacji przyszłych projektów, nie tylko dotyczących magazynowania wodoru, ale także stosowania związków na bazie borowodoru jako przewodników jonowych w stanie stałym i materiałów do elektrod.
Słowa kluczowe
Borowodory, magazynowanie wodoru, ogniwo paliwowe, BOR4STORE, schematy reakcji
