09.01.2020 - 13:01

Forschung an H2-Speicher auf Magnesium-Stickstoffbasis

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Materialforscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) entwickeln Wasserstoff-Tanks auf Leichtmetall-Basis. Nun haben sie ein neues Konzept veröffentlicht, mit dem diese erstmals bei unter 180 Grad Arbeitstemperatur fünf Mal schneller beladen werden könnten.

Bekanntlich gestaltet sich das Speichern von Wasserstoff schwierig. Die mangelnde Speicherbarkeit ist einer der begrenzenden Faktoren für den Einsatz der Technologie. Bis dato wird bei Autos mit Brennstoffzellen-Antrieb der Wasserstoff mit bis zu 700 Bar in Druckgastanks gefüllt. Dieser Vorgang sei teuer und technisch anspruchsvoll, äußern die Materialforscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht in einer Pressemitteilung. Eine vielversprechende Alternative bilden laut den Nanotechnologie-Experten Feststoffspeicher auf Magnesium-Stickstoffbasis.

Im Helmholtz-Zentrum Geesthacht werden sogenannte Magnesiumhydride als Speicher für Wasserstoff bereits seit einigen Jahren erforscht. Bei gleichem Volumen speicherten diese mehr Wasserstoff und damit mehr Energie als herkömmliche Drucktanks, so die Wissenschaftler, die folgendes Beispiel aufführen: „Mit fünf Kilogramm Wasserstoff fährt ein Brennstoffzellen-Pkw circa 500 Kilometer weit. Für fünf Kilo Wasserstoff benötigt ein Hochdrucktank ein Volumen von 122 Litern, ein Tank auf Basis von Magnesiumhydrid benötigt dafür ein Volumen von nur 46 Litern.“

Der Haken an der Sache: Für das Beladen werden hohe Temperaturen von rund 300 Grad benötigt. Mit Zusatzstoffen ist es nach Angaben der Materialforscher aber gelungen, diese Temperatur auf unter 180 Grad zu reduzieren – und das, ohne die Wasserstoff-Aufnahmekapazität des Systems zu arg einzuschränken. Gleichzeitig hat das Team einen Weg gefunden, das Beladen und Entladen des Tanks drastisch zu beschleunigen: „Herkömmlich liegt der Tankvorgang bei den Magnesium-Stickstoff-basierten Hydridsystemen bei rund 30 Minuten für fünf Kilogramm Wasserstoff.“ Durch die Zugabe von Kalium und Lithium-Titanat-Oxid, die in Spezialmühlen gemeinsam mit dem Magnesium-Stickstoff-System zu winzigsten Nanopartikeln gemahlen werden, vergrößere sich jedoch die Oberfläche der einzelnen Partikel, wodurch diese mehr Wasserstoff binden könnten. Mit dem Kalium-Lithium-Titanat laufe der Tankvorgang fünf Mal schneller ab also ohne, resümieren die Forscher.

Noch handele es sich um Grundlagenforschung, heißt es in der Pressemitteilung weiter. Jedoch um eine Grundlagenforschung mit echtem Mehrwert: „Mit den Ergebnissen dieser Studie kommen wir einen großen Schritt weiter in Richtung konkurrenzfähige Speicher“, äußert Dr. Claudio Pistidda, Materialforscher am Helmholtz-Zentrum Geesthacht und Mitautoren der aktuellen Publikation mit dem Titel „Improved kinetic behaviour of Mg(NH2)2-2LiH doped with nanostructured Kmodified-LixTiyOz for hydrogen storage“, die jetzt im Fachmagazin „Nature Scientific Reports“ zu dem Thema veröffentlicht wurde. Im nächsten Schritt will das Forscherteam nun nach eigenen Angaben „an dem Ziel arbeiten, die Reaktionskinetik dieser neuen Materialien zu optimieren und für den technischen Einsatz im Fahrzeug zu qualifizieren“.
hzg.de

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