Untersuchungen zur Aktivierung von rascherstarrten Mg-Ni-Y-Legierungen als Wasserstoffspeichermaterialien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Laufe des Projektes wurde festgestellt, dass Mg-Ni-Y-Legierungen, die überdies Seltenerdelemente aufweisen können (WE-Legierungen), eine sehr schnelle Reaktionskinetik, eine hohe reversible Wasserstoffkapazität (bis zu 5,6 Gew.%) und eine gute Zyklenstabilität aufweisen. Anhand der gewonnenen Ergebnisse wurde die Wirkung der katalytisch wirkenden Elemente (Y-Phasen), speziell auf das Aktivierungsverhalten und die Hydrierungskinetik, untersucht. Dabei bietet sich zusätzlich zu Ni, Y und RE- Metallen auch die Zulegierung Ce- und La-reichen Mischmetalls an. Während der Projektlaufzeit wurde eine Variante gezeigt, wie der im MgH2 gebundene Wasserstoff mittels EELS-Untersuchungen und Elementmappping sichtbar gemacht werden kann. Mit den grundlegenden materialwissenschaftlichen Untersuchungen dieses Projekts wurde der Weg bereitet, dieses und verwandte Stoffsysteme auf eine Anwendungsüberführung, beispielsweise für Wasserstofffeststoffspeicher oder thermochemische Energiesysteme, vorzubereiten. Durch Einsetzen eines beheizbaren TEM-Probenhalters besteht nunmehr die Möglichkeit, die Prozesse während der Dehydrierung von MgH2 in situ zu beobachten. Auf diese Weise können in Zukunft Aussagen über Mechanismen der Keimbildung und des Keimwachstums der Mg- bzw. MgH2-Phase getroffen werden, was zum besseren Verständnis der (De-)Hydrierungsprozesse führt. Darauf aufbauend sollten in Zukunft weiterführende in situ TEM-Untersuchungen in neuartigen Mikroreaktoren durchgeführt werden, in denen sowohl Hydrierung als auch Dehydrierung unter guter Temperaturund Druckkontrolle ablaufen können, so dass eine hochorts- und zeitaufgelöste Methodik tiefere Einblicke in die während der Wasserstoff-Feststoffreaktion ablaufenden Phasenumwandlungsphänomene gestattet. Mögliche Anwendungen, die sich aus den Mg-Ni-Y-Legierungen ergeben, liegen zum einen in Wasserstofffeststoffspeichern, aber auch thermochemischen Speichern, beispielsweise für Prozesswärme im Temperaturbereich zwischen 300°C und 400°C.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Hydrogen desorption kinetics of melt-spun and hydrogenated Mg90Ni10 and Mg80Ni10Y10 using in situ synchrotron, X-ray diffraction and thermogravimetry, J. Alloys Compd. 496 (2010) 608
S. Kalinichenka, L. Röntzsch, C. Baehtz, B. Kieback
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Magnesium alloy-graphite composites with tailored heat conduction properties for hydrogen storage applications, Intl. J. Hydrogen Energy 35 (2010) 12829
C. Pohlmann, L. Röntzsch, S. Kalinichenka, T. Hutsch, B. Kieback
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Hydrogen desorption properties of melt-spun and hydrogenated Mgbased alloys using in situ synchrotron X-ray diffraction and TGA, J. Alloys Compd. 509 (2011) S629
S. Kalinichenka, L. Röntzsch, C. Baehtz, T. Weißgärber, B. Kieback
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Hydrogen storage properties and microstructure of melt-spun Mg90Ni8RE2 (RE = Y, Nd, Gd), Int. J. Hydrogen Energy, 36 (2011) 10808
S. Kalinichenka, L. Röntzsch, T. Riedl, T. Weißgärber, B. Kieback
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Microstructure and hydrogen storage properties of melt-spun Mg-Cu-Ni-Y alloys, Int. J. Hydrogen Energy, 36 (2011) 1592
S. Kalinichenka, L. Röntzsch, T. Riedl, T. Gemming, T. Weißgärber, B. Kieback
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Rascherstarrte nanokristalline Magnesiumlegierungen für die Wasserstoffspeicherung, Dissertation, TU Dresden (Nov. 2011)
S. Kalinichenka
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Heat and gas transport properties in pelletized hydrideegraphite-composites for hydrogen storage applications, Int. J. Hydrogen Energy 38 (2013) 1685
C. Pohlmann, L. Röntzsch, T. Weißgärber, B. Kieback
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Composite materials of melt-spun Mg90Ni10 and graphite: Microstructural changes during cyclic hydrogenation and the impact on gas and heat transport characteristics, Int. J. Hydrogen Energy, Volume 39, Issue 16, 27 May 2014, Pages 8331-8339
Carsten Pohlmann, Lars Röntzsch, Bernd Kieback
