Mit der Nanotechnologie die Wasserstoffspeicherung verbessern
Eine der größten Hürden für die Nutzbarmachung kohlenstofffreier, durch Wasserstoff angetriebener Fahrzeuge besteht darin, ein Material zu finden, das in der Lage ist, eine ausreichende Menge an Wasserstoff zu speichern. Unglücklicherweise sind wahrscheinlich weder Wasserstoffgas noch verflüssigter Wasserstoff dazu in der Lage, eine ausreichende volumetrische Dichte zu erreichen. im Rahmen des EU-finanzierten Projekts NANOHY (Novel nanocomposites for hydrogen storage applications) wurden Theoriemodelle, die Synthese, Beschreibung und Tests zu neuartigen Verbundstoffen für die Wasserstoffspeicherung entwickelt. Es wurden die neusten Entwicklungen im Bereich der Metallhydride – Verbundstoffe, die Wasserstoff binden und bei Wärme freigeben – mit neuartigen Konzepten für das Zuschneiden von Materialeigenschaften kombiniert. Die experimentelle Arbeit war auf eine Integrierung von Metallhydridnanopartikeln in Kohlenstoffnanovorlagen ausgerichtet, die als Gerüst zur Bildung der Nanoverbundstoffe fungierten. Eine der neuen Methoden, die zur Behandlung der Verbundstoffe angewandt wurde, war die Kryoinfiltration. Die Wissenschaftler verbesserten Eigenschaften wie Betriebstemperatur und Betriebsdruck, Leichtigkeit der Bindungsreversibilität und Wechselwirkung zwischen Hydriden und Umwelt für eine erhöhte Sicherheit. Die Umhüllung von Nanopartikeln in selbstassemblierenden Polymerlagen oder deren Einkapselung in Polymerhüllen bot Stabilität und Korrosionsschutz. Im Zuge des NANOHY-Projekts wurden fortschrittliche Methoden wie etwa eine inelastische Neutronenstreuung oder eine Neutronenstreuung mit geringem Winkel zur Untersuchung im Nanobereich gebundener Systeme eingeführt. Die Wissenschaftler demonstrierten erstmalig die Nanoverteilung komplexer Hydride in einem mikroporösen Kohlenstoffgerüst. Magnesiumhydrid, das zu den am besten untersuchten Metallhydride zählt, zeigte veränderte thermodynamische Eigenschaften bei der Integrierung in die porösen Gerüste. Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass diese thermodynamischen Effekte auf reversible Hydride und Partikel mit einer Größe von weniger als 2 nm beschränkt sind. Schließlich übertrugen die Wissenschaftler im Nanobereich gebundene Hydride in einen größeren Maßstab und integrierten diese in einen Tank für Laborversuche, wobei vielversprechende Resultate erzielt wurden – dies stellt einen regelrechten Durchbruch hinsichtlich des Problems der Wasserstoffspeicherung zur Erreichung einer Wasserstoffwirtschaft dar. Die Hydridnanopartikel zeigten eine ausgezeichnete Zyklisierbarkeit, die die Anforderung für das Vorhandensein eines Katalysators beseitigt. Es wurden zwei Hydrogenations-/Dehydrogenationszyklen ausgeführt. Abgesehen von der Wasserstoffspeicherung könnten ebenfalls andere Bereiche von der NANOHY-Forschung profitieren. Dies gilt für die Entwicklung von Batteriematerialien mit höheren Speicherkapazitäten, einer höheren Sicherheit sowie einer verbesserten Zyklisierbarkeit. Die Projekterkenntnisse wurden über verschiedene Publikationen sowie über Konferenzen und Workshops verbreitet.
Schlüsselbegriffe
Nanotechnologie, Wasserstoffspeicherung, Brennstoffzellenfahrzeuge, Nanoverbundstoffe, Hybride
